Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт Инструменты

29 июля 2023 / 0 комментариев / 81 просмотр

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

DAB электронный трансформер xydb 105 w

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Импульсный паяльник из импульсного трансформатора

Импульсный блок питания mje13003

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Схема зарядное устройство импульсное Орион pw 265

Портативный лабораторный блок питания лайт

Taschibra 190f подключение где минус где плюс

Инвертор напряжения ir2153 схема

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Схема балласта для люминесцентных ламп 18w

Ekoline g05477 35-105w

Схема аккумуляторной зарядки автомобиля

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Портативный лабораторный блок питания лайт

Erisson 32ls16 схема блока питания jsk4210-022

Портативный лабораторный блок питания лайт

Адаптер ad-9019s схема

Портативный лабораторный блок питания лайт

Импульсные источники питания на ир2153 схема 5

Портативный лабораторный блок питания лайт

Схема электронного балласта для люминесцентных ламп 4х18w

Портативный лабораторный блок питания лайт

Импульсные источники питания на ir2153 схемы

Портативный лабораторный блок питания лайт

Усилитель d класса irf840

Портативный лабораторный блок питания лайт

Импульсное зарядное устройство Patriot BCI-10m схема

Портативный лабораторный блок питания лайт

Электронный балласт для люминесцентных ламп 4х18 схема

Портативный лабораторный блок питания лайт

Импульсный блок питания на микросхеме ir2161

Привет, коллеги-датагорцы! Появилась возможность воплотить в жизнь идею о создании компактного портативного лабораторного блока питания. Необходимо, чтобы блок занимал минимум места на столе, был удобен в использовании и легко переносился. В этой статье я подробно расскажу о выборе схемы и практической реализации этого проекта.

Требования

Самый важный этап в проекте — выбор схемы лабораторного блока питания, который будет определять все последующие шаги. Основные требования к блоку питания:

  • Диапазон регулировки выходного напряжения от 1,3 до 18 Вольт для универсального использования
  • Выходной ток не менее 1 Ампера
  • Высокий коэффициент стабилизации для чувствительных устройств
  • Встроенная защита от короткого замыкания
  • Плавное регулирование напряжения для точности
  • Возможность мониторинга тока и напряжения

Выбор компонентов

Следует также учитывать, что в будущем может потребоваться расширение параметров блока питания, поэтому выбор схемы должен быть гибким и легко модернизируемым. Важно использовать дешевые и распространенные компоненты или их аналоги.

Поиск схемы

После определения требований начался поиск подходящей схемы. Интернет порадовал разнообразием вариантов, но легких путей мы не искали. Рассмотрев различные варианты, было принято решение остановиться на импульсном блоке питания на микросхеме ir2161.

Корпус блока питания


Учтя все факторы, выбор именно этой схемы представляется оптимальным для реализации поставленных задач. Микросхема ir2161 обладает всеми необходимыми функциями и проста в сборке.

Будем продолжать исследовать и осваивать эту схему на практике, руководствуясь принципами надежности, доступности и эффективности.

Решение проблемы блока питания

Конечно, все перечисленные недостатки решались тем или иным способом, добавлением транзистора для увеличения тока в нагрузке и формированием дополнительного источника отрицательного напряжения для управляющего напряжения. Однако, я решил продолжить свои поиски, отложив проект с использованием LM317 на неопределенное время.

Рассмотрение альтернативных схем

Рассматривалась также схема на почти ушедшей в небытие микросхеме К142ЕН1. Она обладает встроенным источником опорного напряжения с высокими параметрами, усилителем постоянного напряжения и встроенной защитой. Однако, основным минусом является непредсказуемое поведение на границах диапазона регулировок.

Концепция новой схемы

Подойдя к вопросу альтернативно, я решил использовать схему, построенную на операционном усилителе. Эта структура напоминает схему на К142ЕН1, но состоит из отдельных узлов, что обеспечивает больший потенциал для модернизации.

Логика построения новой схемы

Принципиальная схема блока питания

Основой новой схемы является источник опорного напряжения (ИОН). Высокостабильное напряжение формируется и подается на неинвертирующий вход усилителя постоянного тока (УПТ). Результатом должно быть высокостабильное напряжение на выходе, усиленное в К раз, где К — коэффициент усиления, определяемый сопротивлениями R1 и R2.

Преимущества новой схемы

Схемотехника предполагает, что блок питания построенный по данной схеме может выдавать напряжение около 20-25. Это может показаться недостаточным, однако есть возможность увеличения нагрузочной способности с использованием мощного транзистора. Даже при низкой нагрузочной способности операционного усилителя, можно достичь требуемых параметров блока питания.

На рисунке 2 приведен пример простейшего способа усиления — применение эмиттерного повторителя на транзисторе Т1 структуры n-p-n. В результате, на «плечи» именно этого транзистора ложится вся «забота» силового регулирования блока питания, следовательно к выбору этого транзистора следует подойти крайне тщательно: его разрешённое рабочее напряжение между эмиттером и коллектором должно составлять не меньше напряжения, которое мы планируем регулировать.

Лучше выбирать с большим запасом. В нашем случае, Uк-э должно быть значительно больше наших 25 Вольт. Рабочий ток транзистора не менее 1А. При этом следует помнить, что использования радиоэлемента в двух критических режимах недопустимо. Либо максимальный ток, но большой запас по напряжению, либо наоборот — напряжение «на пределе», но большой по току запас.Самое хорошее — когда есть запас и там и там.

Прошу заметить, что весь предыдущий разговор велся для примитивного способа умощнения ОУ с помощью эмиттерного повторителя, у которого так же есть свои ограничения, когда речь заходит о высоких напряжениях и токах. Потому, есть и иные схемы включения транзисторов, которые позволяют обойти ограничения эмиттерного повторителя и мы их рассмотрим далее.

А пока хотелось бы обратить внимание на то, что петлей обратной связи охвачен не только сам УПТ, но и в том числе весь выходной узел, так, что любое изменение выходного напряжения на нагрузке неминуемо влечет «отклик» операционного усилителя. Опять же из теории ОУ мы знаем, что операционный усилитель будет стремиться привести выходное напряжение к заданному до той поры, пока ему хватит собственного коэффициента усиления. А он даже у самых «старых» ОУ составляет несколько десятков тысяч.В нашем случае, эти показатели «трансформируются» в огромные коэффициенты стабилизации и подавления импульсных помех.

Теперь перейдем более подробному рассмотрению функциональных узлов схемы.

«Сердцем» как подобного, так, в принципе, любых других линейных (не импульсных) стабилизаторов напряжения является некий узел, обладающий повышенными параметрами по стабилизации. Как правило, такие блоки выдают опорное напряжение, которое в дальнейшем используется для формирования напряжения выходного, с параметрами, задаваемыми этим источником. Следовательно, к параметрам этого узла следует относиться с особым вниманием.

Самым простым формирователем опорного напряжения может быть стабилитрон, или его аналог. Схема построения подобного узла представлена на рисунке 3-А.

Портативный лабораторный блок питания лайт

Как правило, параметры стабилизации определяются током стабилитрона. Исходя из этого тока, а так же тока уходящего в нагрузку, определяют номинал резистора.

Если же ток, протекающий через стабилитрон, зафиксировать в нужных значениях, то параметры стабилизации можно значительно улучшить. Для этого вместо резистора используют генераторы (источники) тока. Их задача выдавать стабильный ток, вне зависимости от параметров нагрузки и входного напряжения.Схем генераторов тока много, но самая простая схема — на базе полевого транзистора. Одна из них представлена на рисунке 3-Б.

Эту схему я выбрал в качестве ИОН. Но, что бы иметь возможность оперативно менять параметры этого напряжения, вместо обычного стабилитрона применил программируемый стабилитрон TL431 (рисунок 3-В). Напряжение стабилизации, а в нашем случае величина опорного напряжения зависит от отношения сопротивлений R5 и R4.

В тех случаях, когда невозможно купить стабилитрон (что, в принципе себе трудно представить) его можно заменить схемой, представленной на рисунке 4.

Портативный лабораторный блок питания лайт

Транзисторы любые маломощные, с напряжением К-Э не менее 20

Его основная задача выдавать в последующую схему часть сформированного высокостабильного напряжения, определяющего выходное напряжение всего устройства. Именно от этого узла зависит точность установки выходного напряжения. И потому я применил многооборотный резистор.

Если предположить, что опорным будет напряжение не выше 15 Вольт, а ток, выдаваемый TL431 составляет около 0,1А, то минимальное значение регулирующего сопротивления должно составить порядка 150 Ом. Для стабилитрона с током стабилизации в 30mA, минимальная величина потенциометра 500 Ом. А что бы сохранить линейность регулировки, этот узел должен иметь сопротивление не менее чем в десять раз больше. То есть регулирующий потенциометр должен быть не менее 1,5 кОм для TL413 и не менее 5кОм для стабилитрона. Вполне подойдут резисторы номиналом 5 — 20 кОм.

Указанный потенциометр обеспечивает высочайшую точность и стабильность регулировки, единственный его недостаток это увеличение времени «перебега» от минимального значения напряжения к максимальному. Но с этим вполне можно мериться.

Разумеется, при отсутствии многооборотного потенциометра, его легко можно заменить двумя, с грубой и точной регулировкой. Потенциометру с точной регулировки желательно ограничить диапазон, установив в плечи постоянные резисторы. Варианты включения могут быть любыми, главное что бы они не нагружали ИОН в своих крайних положениях.

Вариации возможных решений представлены на рисунке 6.

Портативный лабораторный блок питания лайт

Обращу внимание на схему 6-Г, где для устранения взаимного влияния потенциометров друг на друга введен эмиттерный повторитель на транзисторе. Это расширяет диапазон применимых номиналов потенциометра. Например, в качестве Р5 можно поставить резистор 1 кОм, разумеется с соответствующим изменением резистора R7 в меньшую сторону, ибо он будет определять диапазон «точной» регулировки напряжения.

Следующим элементом блока питания является усилитель постоянного тока, выполненный на операционном усилителе. Именно параметры конкретного ОУ будут определять параметры этого функционального узла. В принципе, о всех недостатках и особенностях ОУ было сказано выше, как-то недостаточный ток нагрузки, высокий коэффициент усиления, высокий коэффициент подавления синфазных помех, высокое входное сопротивление. Всех этих параметров с величайшим избытком хватает для построения УПТ блока питания, и потому сюда подойдёт практически любой ОУ широкого применения.

Как я уже говорил выше, самым простым является применение эмиттерного повторителя на транзисторе структуры n-p-n средней или большой мощности.

Немного о выборе этого транзистора. Если например, мы берем широко известный транзистор КТ817А в качестве регулирующего, а в качестве тока в нагрузке зададимся значением в 3 Ампер (максимальный ток для КТ817), то имея h21э=40 для этого транзистора подсчитаем необходимый базовый ток:

Iб = Iк/h21э = 3А/40 = 0,075А = 75mA

Но такой ток не каждый ОУ сможет выдать. Как я уже говорил, 741-й выдает максимум 40mA, а значит применяя этот ОУ и транзистор КТ817 мы сможем получить толькоIк= h21э*Iб = 40*0,04 = 1,6А. И это расчетный максимум.Практически он может немного отличатся, в зависимости от параметров применяемых компонентов.

Следовательно напрашивается вывод: либо мы применяем более мощный ОУ, что резко ограничивает нас в выборе, либо следует применять транзисторы с гораздо бОльшим h21э и с более высоким рабочим током.

Портативный лабораторный блок питания лайт

И одним из выходов это применение составного транзистора, одной проводимости (схема Дарлингтона, рис. 7-А) или разной (схема Шиклаи, рис. 7-Б).

Составной транзистор можно рассматривать как один, у которого h21э равен произведению h21э каждого входящего в его состав транзистора. И если применить «связку» из транзисторов КТ815А с h21э= 30 и КТ805А с h21э=15, то h21э составного уже будет равен 30*15= 450. И, теоретически, работая с ОУ, способным выдать 40mA, такой составной транзистор может работать с токами Iк=0,04*450=18А!!!Разумеется, в рассмотренном случае ограничивающим фактором станет электрическая прочность транзистора КТ805А, способного выдать не более 5А.

В конечном результате, схема лабораторного блока питания стала выглядеть следующим образом:

Портативный лабораторный блок питания лайт

На транзисторе Т1 выполнен узел питания ИОН и УПТ на микросхеме КР544УД1Б. Это обычный параметрический стабилизатор основным элементом которого является управляемый стабилитрон на TL431. Резисторами R2 и R3 можно выставить любое значение питающего напряжения, но не более 30 Вольт. Это напряжение максимально для применяемого ОУ. Практически вполне достаточно напряжения от 6 до 15

Для увеличения нагрузочной способности стабилизатора, в него добавлен эмиттерный повторитель на транзисторе 2SD667, с током коллектора до 1А. Его вполне можно заменить отечественным аналогом типа КТ815 или КТ817. Даже конфигурация выводов у них одинаковая, плату переделывать не нужно.

Надо сказать, что применение TL431 в узле питания УПТ и ИОН, обеспечивает достаточно высокие параметры по стабилизации напряжения. Потому, упростив схему можно отказаться от дополнительного ИОН, и подключить регулятор сразу к питающей шине (эмиттеру Т1). Однако я использовал дополнительный ИОН на TL431, для максимально возможных характеристик.

Для устранения ограничений, накладываемых максимальным входным напряжением ОУ, а в нашем случае, как мы помним, оно составляет где-то 0,7 от Uпитания, то есть 0,7*14 = 9,8 Вольт, применяется усилитель на транзисторе T3, включенный по схеме с общим эмиттером.Таким образом мы получаем возможность питая УПТ относительно малым напряжением, управлять каскадами составных транзисторов работающих с напряжениями 30 Вольт и выше.

В качестве составного транзистора выбрана схема Шиклаи, как обеспечивающая гораздо меньшее напряжение насыщения, нежели схема Дарлингтона.

В схему блока питания введен элемент защиты от короткого замыкания на выходе, на базе транзистора Т5. Работает защита следующим образом: при замыкании выходных клемм, эмиттер транзистора оказывается подключен к общему проводу схемы. А протекающий при коротком замыкании ток через резистор R9 создает на базе положительное падение напряжение, открывающее транзистор T5.Открываясь, транзистор начинает проводить ток между коллектором и эмиттером, тем самым создавая на базе составного транзистора нулевой потенциал и как следствие, закрывает этот транзистор. В результате чего, ток перестает течь через составной транзистор Т2+Т4.

Остается только добавить, что при напряжении выше 20 Вольт, базу транзистора Т5 желательно подключать к плюсовой шине через резистор сопротивлением от несколько сот Ом до полутора килоОм.Выбор резистора R9 зависит от величины тока КЗ. Чем больше ток, тем меньше его сопротивление.

В качестве дополнительного элемента, в блоке питания применен готовый функциональный узел, обеспечивающий измерение и отображение напряжения и потребляемого тока.

Как уже говорилось, куплен он был на Али и установлен в соответствии с прилагаемой схемой.

В моем случае, у меня имелся трансформатор с двумя обмотками и на одной из них я сделал отдельный стабилизатор для питания измерителя. Сглаживающие конденсаторы С6, С8 на рис. 8 слишком большой величины ставить не рекомендую: после выключения чем они дольше разряжаются, тем дольше светится индикатор.Разумеется, измерительный узел можно питать и напряжением формируемым в блоке для питания ОУ и ИОН.

Всё устройство, не считая узла

-амперметра, собрано на одной плате.

Портативный лабораторный блок питания лайт

Плата изготовлена с помощью широко распространенной ЛУТ. Микросхема устанавливается в DIP-8 разъем, для возможности подбора ОУ. Отдельные индикаторы включения и выключения отсутствуют; их роль выполняют светящиеся цифры вольтамперметра.В качестве дополнительной меры защиты, в схему введены одноразовые предохранители (плавкие вставки) — береженого Бог бережет.

Диодный мост и один из составных транзисторов установлены на краю платы для возможности их посадки на теплоотвод.Мощный транзистор КТ805 применен в металлическом корпусе и установлен на корпусе с внешней стороны. Никаких других элементов, которые потенциально могли бы нагреться в схеме больше нет.

На самих разъёмах, внутри корпуса установлен двухваттный резистор 1 кОм, он в схеме не указан.

Портативный лабораторный блок питания лайт

Рис. 11. Передняя панель изнутри

Его основная задача, разряжать выходные электролитические конденсаторы. В противном случае, при попытке уменьшить напряжение, зарядившиеся конденсаторы не дадут встроенному вольтметру оперативно показать эти изменения, и при отсутствии нагрузки, показания будут убывать крайне медленно.

Корпус прибора склеен из пластиковых панелей с помощью цианакрилатного клея типа «Сosmofen».

Портативный лабораторный блок питания лайт

Собранный из исправных деталей и без ошибок блок питания начинает работать сразу. Однако в моем случае, выяснилось, что не со всеми ОУ он работает так, как ожидалось. Например, при использовании ОУ типа К140УД6 и К140УД7, минимальное значение регулирующего напряжения не опускалось ниже 5 Вольт.С ОУ OPA177 минимальное значение опустилось до 1,5В. При использовании КР544УД1Б минимальное значение оказалось всего 45 милливольт.И от этих значений можно плавно поднимать напряжение до 25 Вольт. Я не стал разбираться с этим феноменом, остановился на КР544УД1Б.

Как я уже говорил выше, описываемый блок питания создавался как «лайт-версия». Напряжения питания выше двадцати

не часто требуются. Но, все-таки, бывает. И в описываемой схеме, единственным ограничителем повышения рабочего напряжения служит составной транзистор Т2+Т4.Если применить более высоковольтные транзисторы, то рабочее напряжение блока можно без проблем увеличить. Даже с использованными транзисторами напряжение можно увеличить до 40-50 Вольт.

Заменив транзисторы на более сильноточные можно увеличить максимальный рабочий ток блока питания. Кроме того, повысить ток можно параллельным включением транзисторов. Правда не следует забывать, что делать это нужно с установкой «выравнивающих» резисторов, а иначе может получится, что транзисторы разогреваются неравномерно.

Используя измерительный резистор в самом модуле ампервольтметра, можно внедрить систему отсечки напряжения блока питания при превышении током некоторого значения. Для этого необходимо собрать сравнивающий модуль падения напряжения на резисторе с неким опорным напряжением, и формирование управляющего напряжения, использующего в качестве отключающего блока питания. Если установить регулировку такого опорного напряжения, то можно будет управлять и током отсечки. Кроме того, такой узел может взять на себя и функции защиты блока питания, отключая его при некоторых максимальных значениях потребляемого тока.

На этом всё. Спасибо за внимание.Успехов!

Читайте также:  Вам понадобится паяльник на 36 вольт и электрические паяльники на 33 вольта
Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий