Обявления

Для полноценной работы рекомендуется пройти регистрацию.

Рекламные сообщения будут удаляться вместе с пользователем. Что есть реклама - буду решать я.

Гибридный лабораторный блок питания 0-30В 0-3А.

Обсуждение радиолюбительских технологий. Пайка, платы, слесарка...

Гибридный лабораторный блок питания 0-30В 0-3А.

Сообщение hardlock » 24 фев 2019 14:32

Гибридный лабораторный блок питания 0-30В 0-3А (импульсно-линейный).
IMG_20190223_231457.jpg
IMG_20190223_231457.jpg (67.82 КБ) Просмотров: 245

95% потребностей в питании устройств на столе при наладке покрываем мой импульсный "Лабораторный" блок питания 3-24В 0,1-10А. У него куча недостатков, которые не позволяют проделывать некоторые работы и ограничивают сферу применения. Также в последнее время столкнулся с необходимостью получения напряжений ниже 2,5 Вольт, а он так не умеет... Вобщем давно назревало приобретение нормального лабораторного блока питания. Первое что останавливало от приобретения - его размеры - на столе нету места))). Очень хочется блок питания в размере DVD привода. Второе - цена... которая умножалась на редкое использование и в итоге получалась большая зелёная жаба, которая не давала совершить приобретение... Поэтому в мае 2018 года был приобретён набор "Red 0-30V 2mA-3A Continuously Adjustable DC Regulated Power Supply DIY Kit PCB" аж за $4,92 USD на ebay. Ссылка на товар давно протухла, по качеству на бор не самый лучший, поэтому рекомендую просто найти его на али или других площадках. А лучше вобще купить купить украинский аналог этого конструктора в собранном виде - Лабораторный блок питания M178.1 или Лабораторный двухполярный блок питания M234. Они же есть и в наборах, если очень хочется попаять. Но у меня на руках был "Красный". Кстати, обзоров на похожие наборы в интернете масса, в них можно почерпнуть много полезной информации. Я же только опишу чем отличается моя конструкция от аналогичных. Приведу ссылки, которыми я пользовался:
1) поиск google.ru
2) mysku.ru (обзор от kirich`a) - там в коментах тоже очень много полезной информации.

Качество моей платы не очень - все отверстия огромные, даже под мелкие резисторы. Но на функционал это не влияет. Вначале я собрал плату "как есть", для проверки работоспособности. Пришлось даже прикупить трансформатор на 24 вольта на барахолке. За $0,5 USD...

Приведу схему данного блока питания. Схему подсмотрел у Ув. Kirich`a, т.к. самому срисовавать было лень, но я перерисовал её заново в sPlan...


К сожалению фото собранной платы куда-то я закинут, найти не могу. Если найду - дополню статью...

С первого раза палата не заработала... Несколько взмахов мультиметром и диагноз - операционники не живые... Поехал в местный магазин, хотел купить MC34071P, которые позволят расширить диапазон выходных напряжений, но их не оказалось, поэтому купил банальные TL081 для проверки работоспособности схемы. С новыми операционниками плата ожила, напряжение регулировалось, ток ограничивался, транзистор грелся... Вот тут мы подходим к самому интересному. Конечно, можно сделать переключение питающих обмоток трансформатора, чтобы уменьшить падение напряжения на выходном транзисторе, но это меня не сильно спасёт от размеров и веса 100-ваттного трансформатора... А хочется же всё вместить в корпус DVD привода... Ниже будет про доработку этой платы.

Гибридный блок питания.
Две основных идея гибридного блока питания:
1) уменьшить габариты и вес конструкции за счёт отказа от сетевого трансформатора 50Гц;
2) уменьшить падение напряжения на выходном транзисторе, т.к. можно регулировать выходное напряжение "первой ступени" - импульсного блока питания.

Первая ступень - импульсный блок питания.
В качестве первой ступени моего гибридного ЛБП было бы логично взять блок питания на 36 Вольт и ток 3-4 Ампера... Но под рукой оказался только купленный ещё для паяльной станции на T12 жалах 24 Вольта 4(6) Ампер.

Подробный обзор на него уже есть, поэтому не буду на нём останавливаться. Приведу только его оригинальную схему, чтобы было проще понимать что переделывалось. Схему также слизал у kirich`a, поэтому нумерация элементов совпадает )))

Остановлюсь на его "доработке". Т.к. 24 Вольта нам мало, я попробовал "разогнать" блок питания путём изменения резистора R19 в цепи обратной связи. Мне удалось получить напряжение 36 Вольт... Выходные конденсаторы рассчитаны на 35 Вольт - нужно менять на 50-ти, а ещё лучше на 63-х Вольтовые. В хозяйстве нашлись только 470mkF * 50V lowESR, поэтому поставил их и продолжил эксперименты. Замечу, что никаких других переделок в блок питания не вносилось, входной транзистор и выходной диод остались родные. Я понимал риск того, что в блоке питания закончится волшебный дым, на котором он работал. Тем не менее, подключив на выход блока питания нагрузку в виде здоровенного зелёного резистора ПЕВР-100 100 Ом, у которого можно менять сопротивление перемещая подвижный контакт, я начал поднимать выходной ток. При токе 3,5 Ампера я остановился, выждал минут 10, проверил температуру блока питания (резистор к тому времени начал попахивать, хоть и обдувался вентилятором.
Резюмирую - блок питания успешно работает при выходном напряжении 35 Вольт и токе 3,5 Ампера. Далее на схеме все переделки обозначены синим цветом.
Путём изменения этого же резистора R19, только в обратную сторону, я выяснил, что блок питания не работает при выходном напряжении ниже 17 Вольт... Разбираться с причинами я не стал, т.к. всё равно планировалось минимальное входное напряжение для второй ступени около 17-18 Вольт. Ниже нельзя - начинает снижаться опорное напряжение, которое стабилизирует OP3.
Итого, я остановился на выходном напряжении первой ступени гибридного блока питания в диапазоне 17,5 - 33 Вольта.
Точка подключения к цепи обратной связи:


Регулировка выходного напряжения первой ступени.
Вот тут я потратил немало времени, чтобы придумать как регулировать выходное напряжение импульсного БП, в зависимости от выходного напряжения всего блока питания. Требования такие - от 0 до 12 Вольт на выходе ЛБП, нужно сохранять 17,5 на выходе ИИП. затем плавно поднимать напряжение на выходе ИИП, сохраняя разницу около +4В относительно выхода ЛБП... Было построено 2 макета ступенчатой регулировки (по аналогии с переключением обмоток трансформатора на компараторах) и пару вариантов плавной регулировки на опторезисторе ОЭП-13 и ОЭП-14... Но это всё было коряво и мало пригодно для повторения. Потом родилась идея на обычном операционном усилителе. Схему регулятора есть смысл рассматривать в составе всего блока питания - так будет проще понимать как она работает. Модуль подписан на схеме "Ureg unit" и расположился в верхней правой части схемы.

Постараюсь объяснить, "как это работает".

Пока на инвертирующем входе ОУ DA1 TL081 напряжение равно нулю, на выходе получаем максимальное, что сможет выдать ОУ - около 12В. Эти 12Вольт, через подстроечник R1 100k и диод VD1 SS34 "добавляют" напряжение в цепи обратной связи импульсного блока питания. Резистором R1 устанавливается минимальное напряжение на выходе импульсного БП (17,5 В). Настойку производить при напряжении на входе модуля регулировки ниже 10В, лучше всего 0В. У меня сопротивление этого резистора получилось 10,35кОм. Далее на 3м выводе ОУ нужно выставить 4,00В подстроечным резистором R3. Теперь при напряжении на входе модуля выше 10,5 Вольт начинает расти напряжение на инвертирующем входе ОУ, что приводит к снижению напряжения на выходе ОУ. Эту схему симулировал в Proteus, прежде чем собрать. Если поиграться с резисторами R2, R4, то можно добиться идеального соотношения "выходное напряжение ИИП = выход ЛБП + 4 Вольта". Но мне было лень играться и получилось как получилось.


Если Вы думаете, что это всё, то сильно ошибаетесь. Для начала нужно было кой чего докупить.
1) Многооборотные резисторы 3590s 10k с ручками ($4,66 за 2 шт). - для плавной регулировки выходных параметров.
2) Операционные усилители MC34071P 3шт ($2,45 за 5 шт). - для расширения выходного диапазона напряжения до 30 Вольт.
3) Транзисторы 2SD1047 2шт ($1.91 за 5шт). - А вдруг в транзисторе из набора закончится дым?
4) 4х разрядный Ампер-Вольтметр ($2.86 за 1шт). - Для индикации выходных параметров.
5) Макетные печатные платы (можно и локально, но там дешевле - US $1.87 за 5шт). - для сборки платы регулировки напряжения ИИП.

Вот теперь у нас есть всё для сборки блока питания.
Не буду томить пошаговой инструкцией по сборке - всё очень индивидуально, только покажу переделку корпуса DVD привода.
В верхней части нужно вырезать прямоугольное отверстие для того, чтобы туда поместился радиатор, на который будут прикручены выходные транзисторы.

Затем сверху прикручиваю лист алюминия толщиной 2мм - это будет теплоотвод. А изнутри к нему прикручивается радиатор, который я взял от компьютерного блока питания. На нём сидят выходные транзисторы и согласующие резисторы 0,1 Ом 5Вт. Посмотрим, как там внутри всё стыкуется...

Вроде не плохо - всё влазит ))).

Кстати, о доработке платы ЛБП.
Т.к. питаться плата будет от однополярного импульсного БП, пришлось выкинуть схему формирования отрицательного напряжения и переделать её с использованием изолированного DC-DC преобразователя AM1S-0505SZ - из того, что было под рукой, хоть и сильно избыточно. Можно было сделать на ICL7660. Преобразователь нужно питать 5ю Вольтами, поэтому ставим стабилизатор L7805 на место, где раньше стоял стабилизатор для вентилятора (L7824). Меняем резистор R4 10k на 47к. Это нужно для того, чтобы не открывался транзистор, который закрывает выходные транзисторы при отсутствии отрицательного напряжения (защита). При максимальном входном напряжении 33 (35) Вольт на базе транзистора VT3 напряжение не должно подниматься выше нуля. А т.к. мы снизили отрицательное напряжение до -1,8В (а было -5,1В) и подняли положительное напряжение питания.... Далее, режем дородки, которые идут к регулятору напряжения от отрицательного выхода ЛБП, как показано на рисунке и добавляем одну перемычку (зелёным) - не сфотал конечный результат, но на схеме это отображено. И поднимаем одну сторону резистора R9 56k. Эта переделка позволит компенсировать падение напряжения на проводах и токоизмерительном шунте. Теперь плата выглядит как-то так:


Попытаемся опять собрать это всё в корпусе.


Влезло!!!
Всё замечательно крепится на текстолите, блок питания от старой Нокии и Ureg unit на пластиковой стенке. В принципе ещё и место осталось ))) Собираем и переходим к тестам!

Кстати, забыл показать блок питания от Нокии. Я накупал таких и похожих на барахолке по $0,5 для использования в качестве вот таких блоков питания ))) Вполне качественно и надёжно.


Без нагрузки и с нагрузкой.

Как видно, напряжение стоит как вкопанное. Правда, если измерить напряжение на клеммах БП, то оно будет отличаться от установленного. Оказалось ,что не очень удачное реле я выбрал в качестве коммутатора выхода. При токе 3А на каждой группе контактов падает 30-32мВ... очень много. Хотя и в рамках параметров из даташита - максимальное сопротивление контактов 100мОм... Надо будет поменять на что-то более приличное.

Далее максимальный ток, который можно установить - около 3,8А.


Далее я выставил выходное напряжение 30В, ток 0А, подключил нагрузку из нескольких лампочек 12В и стал плавно поднимать ток. Т.е. режим СС. Догнал до этого значения, а выше не решился - лампочки то 12-ти Вольтовые...


Теперь тест на скорость работы ОС по току. Выставляю максимальное значение напряжения и минимальный ток (около 10мА), подключаю к выходу светодиод.

На старом блоке питания у светодиода мгновенно заканчивался волшебный дым, а с этим БП я проделал этот трюк много раз и светодиод остался жив. Значит скорость работы ОС по току хорошая, а выходная ёмкость БП не слишком большая.

Ну и последний тест - максимальный ток при максимальном напряжении. Сопротивление резистора 10 Ом.

Выходное напряжение просело. это связано с тем, что сейчас максимальное напряжение ИИП у меня 33 Вольта, 1,5 Вольта падает на шунте 0,47 Ома, ещё что-то падает на выходных транзисторах и проводах. При поднятии напряжения ИИП до 35 Вольт реально снять с этого БП 30В и 3А. Вот только надо ли?.. Я вобще планировал его использовать как слаботочный ЛАБОРАТОРНЫЙ блок питания.

Теперь пройдёмся осциллографом.
Без нагрузки 12,8В 0А.

12,8В 3,2А

Короткое замыкание 0,6В 3,5А

ограничение тока на светодиоде 1,9В 11мА

СС 1А 1,5V - нагрузка - лампочка.

CC 2A 6V - нагрузка - лампочка.


Шумов многовато, мне кажется все они пролазят от импульсного БП. Пока бороться никак не буду. Немного попользуюсь как есть, а потом возможно забабахаю вторую версию.

Кстати о бюджете... Я же люблю "экономить".
invoice.PNG
invoice.PNG (17.69 КБ) Просмотров: 245


Кто-то скажет "Дурак, можно купить вполне рабочий лабораторный блок питания за эти деньги" и окажется прав. Но чем бы я занимался по вечерам? )))

ЗЫ: кстати о нагреве. Испытания проводил при выходном напряжении 5В на токе 3А. За 10 минут корпус прогрелся до состояния "долго не подержишь". В принципе это ожидаемо без активного охлаждения. С другой стороны я планирую использовать это БП с малыми токами (до 1А или 2А кратковременно), поэтому перегрев ему не грозит.

Групповое фото со старичком ))
Аватара пользователя
hardlock
Администратор
 
Сообщения: 3740
Зарегистрирован: 21 янв 2009 15:48
Откуда: Minsk - zp.ua

Вернуться в Технологии



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2

cron