Кожному радіоаматорові, ремонтникові або просто майстру необхідне джерело живлення, щоб живити свої схеми, тестувати їх за допомогою блоку живлення, або ж просто іноді потрібно зарядити акумулятор. Сталося так, що і я захопився цією темою деякий час назад і мені так само став необхідний подібний девайс. Як завжди, з цього питання було перелопачено багато сторінок в інтернеті, стежив за багатьма темами на форумах, але точно того, що було потрібно мені в моєму уявленні не було ніде - тоді було вирішено все зробити самому, зібравши всю необхідну інформацію по частинах. Таким чином народився на світ імпульсний лабораторний блок живлення на мікросхемі TL494.
Що особливого - так начебто мало чого, але я поясню - переробляти рідний блок живлення комп'ютера все на тій же друкарській платі мені здається не зовсім по фен-шую, та й не красиво. З корпусом та ж історія - дірява залізяка просто не виглядає, хоча якщо є фанати такого стилю, нічого проти не маю. Тому в основі даної конструкції лежать лише основні деталі від рідного комп'ютерного блоку живлення, а ось друкована плата (точніше друковані плати - їх насправді три) зроблена вже окремо і спеціально під корпус. Корпус тут полягає також з двох частин - само собою основа корпус Kradex Z4A, а так же вентилятор (кулер), який ви можете бачити на фото. Він є ніби продовженням корпусу, але про все по порядку.
Схема блоку живлення:
Список деталей ви можете побачити в кінці статті. А тепер коротко розберемо схему імпульсного лабораторного блоку живлення. Схема працює на мікросхемі TL494, існує багато аналогів, проте рекомендую все ж використовувати оригінальні мікросхеми, стоять вони зовсім недорого, а працюють надійно на відміну від китайських аналогів і підробок. Можна також розібрати кілька старих блоків живлення від комп'ютерів і назбирати необхідних деталей від туди, але я рекомендую по можливості використовувати все-таки нові деталі і мікросхеми - це підвищить шанс на успіх, так би мовити. У зв'язку з тим, що вихідна потужність вбудованих ключових елементів TL494 мало, щоб управляти потужними транзисторами, які працюють на основній імпульсний трансформатор Tr2, будується схема управління силовими транзисторами T3 і T4 із застосуванням керуючого трансформатора Tr1. Даний трансформатор управління використаний від старого блоку живлення комп'ютера без внесення змін до складу обмоток. Трансформатор управління Tr1 розгойдується транзисторами T1 і T2.
Сигнали керуючого трансформатора через діоди D8 і D9 надходять на бази силових транзисторів. Транзистори T3 і T4 використовуються біполярні марки MJE13009, можна використовувати транзистори на менший струм - MJE13007, але тут все ж краще залишити на більший струм, щоб підвищити надійність і потужність схеми, хоча від короткого замикання в високовольтних ланцюгах схеми це не врятує. Далі ці транзистори розгойдують трансформатор Tr2, який перетворює випрямлена напруга 310 вольт від діодного моста VDS1 в необхідне нам (в даному випадку 30 - 31 вольт). Дані з перемотування (або намотуванні з нуля) трансформатора трохи пізніше. Вихідна напруга знімається з вторинних обмоток цього трансформатора, до яких підключається випрямляч і ряд фільтрів, щоб напруга була максимально без пульсацій. Випрямляч необхідно використовувати на діодах Шотткі, щоб мінімізувати втрати при випрямленні і виключити великий нагрів цього елемента, по схемі використовується здвоєний діод Шотткі D15. Тут також чим більше допустимий струм діодів, тим краще. При необережності при перших запусках схеми велика ймовірність зіпсувати ці діоди і силові транзистори T3 і T4. У вихідних фільтрах схеми варто використовувати електролітичні конденсатори з низьким ЕПС (Low ESR). Дроселі L5 і L6 були використані від старих блоків живлення комп'ютерів (хоча як старих - просто несправних, але досить нових і потужних, здається 550 Вт). L6 використаний без зміни обмотки, являє собою циліндр з десятком або близько того витків товстого мідного дроту. L5 необхідно перемотати, так як в комп'ютері використовується кілька рівнів напруги - нам потрібно тільки одне напруга, яке ми будемо регулювати.
L5 являє собою кільце жовтого кольору (не всяке кільце піде, так як можуть застосовуватися ферити з різними характеристиками, нам потрібно саме жовтого кольору). На це кільце потрібно намотати приблизно 50 витків мідного дроту діаметром 1,5 мм. Резистор R34 гасить - він розряджає конденсатори, щоб при регулюванні не виникло ситуації довгого очікування зменшення напруги при повороті ручки регулювання.
Найбільш схильні до нагрівання елементи T3 і T4, а також D15 встановлюються на радіатори. У даній конструкції вони були також взяті від старих блоків і відформатовані (відрізані і вигнуті під розміри корпусу і друкованої плати).
Схема є імпульсної і може вносити в побутову мережу власні перешкоди, тому необхідно використовувати синфазний дросель L2. Щоб фільтрувати вже наявні перешкоди мережі використовуються фільтри з застосуванням дроселів L3 і L4. Терморезистор NTC1 виключить стрибок струму в момент включення схеми в розетку, старт схеми вийде більш м'який.
Щоб керувати напругою і струмом, а також для роботи мікросхеми TL494 необхідна напруга нижчого рівня, ніж 310 вольт, тому використовується окрема схема харчування для цього. Побудована вона на малогабаритному трансформаторі Tr3 BV EI 382 1189. З вторинної обмотки напруга випрямляється і згладжується конденсатором - просто і сердито. Таким чином, отримуємо 12 вольт, необхідні для керуючої частини схеми блоку живлення. Далі 12 вольт стабілізуються до 5 вольт за допомогою мікросхеми лінійного стабілізатора 7805 - це напруга використовується для схеми індикації напруги і струму. Також штучно створюється напруга -5 вольт для живлення операційного підсилювача схеми індикації напруги і струму. В принципі можна використовувати будь-яку доступну схему вольтметра і амперметра для даного блоку живлення і при відсутності необхідності даний каскад стабілізації напруги можна виключити. Як правило, використовуються схеми вимірювання та індикації, побудовані на мікроконтролерах, яким необхідно харчування порядка 3,3 - 5 вольта. Підключення амперметра і вольтметра вказано на схемі.
На фото друкована плата з мікро контролером - амперметр і вольтметр, до панелі прикріплені на болтики, які вгвинчуються в гайки, надійно приклеєні до пластмаси супер клеєм. Даний індикатор має обмеження по вимірюванню струму до 9,99 А, що явно замало для даного блоку живлення. Крім як функцій індикації модуль вимірювання струму і напруги більше ніяк не задіяне щодо основної плати пристрою. Функціонально підійде будь-який вимірювальний модуль на заміну.
Схема регулювання напруги і струму побудована на чотирьох операційних підсилювачах (використовується LM324 - чотири операційних підсилювача в одному корпусі). Для живлення цієї мікросхеми варто використовувати фільтр по харчування на елементах L1 і C1, C2. Налаштування схеми полягає в підборі елементів, позначених зірочкою для завдання діапазонів регулювання. Схема регулювання зібрана на окремій друкованій платі. Крім того, для більш плавного регулювання по струму можна використовувати кілька змінних резисторів з'єднаних відповідним чином.
Для завдання частоти перетворювача необхідно підібрати номінал конденсатора C3 і номінал резистора R3. На схемі вказана невелика табличка з розрахунковими даними. Занадто велика частота може збільшити втрати на силових транзисторах при перемиканні, тому занадто захоплюватися не варто, оптимально, на мій погляд, використовувати частоту 70-80 кГц, а то і менше.
Тепер про параметри намотування або перемотування трансформатора Tr2. Основу я також використовував від старих блоків живлення комп'ютера. Якщо великий струм і велике напруження вам не потрібні, то можна такий трансформатора не перемотувати, а використовувати готовий, з'єднавши обмотки відповідним чином. Однак якщо необхідний більший струм і напруга, то трансформатор необхідно перемотати, щоб отримати більш кращий результат. Перш за все доведеться розібрати сердечник, який у нас є. Це найвідповідальніший момент, так як ферити досить тендітні, а ламати їх не варто, інакше все на сміття. Отже, щоб розібрати сердечник, його необхідно нагріти, так як для склеювання половинок зазвичай виробник використовує епоксидну смолу, яка при нагріванні розм'якшується. Відкриті джерела вогню використовувати не варто. Добре підійде електронагрівне устаткування, в побутових умовах - це, наприклад електроплита. При нагріванні акуратно роз'єднуємо половинки сердечника. Після охолодження знімаємо всі рідні обмотки. Тепер потрібно розрахувати необхідну кількість витків первинної і вторинної обмоток трансформатора. Для цього можна використовувати програму ExcellentIT (5000), в якій задаємо необхідні нам параметри перетворювача і отримуємо розрахунок кількості витків щодо використовуваного сердечника. Далі після намотування сердечник трансформатор необхідно назад склеїти, бажано також використовувати високоміцний клей або епоксидну смолу. При покупці нового сердечника потреба в склеюванні може бути відсутнім, так як часто половинки сердечника можуть стягуватися металевими скобами і болтиками. Обмотки необхідно намотувати щільно, щоб виключити акустичний шум при роботі пристрою. За бажанням обмотки можна заливати якимись парафинами.
Друковані плати проектувалися для корпусу Z4A. Сам корпус піддається невеликим доопрацюванням, щоб забезпечити циркуляцію повітря для охолодження. Для цього з боків і ззаду сверлится кілька отворів, а зверху прорізаємо отвір для вентилятора. Вентилятор дме вниз, зайве повітря йде через отвори. Можна вентилятор розташувати і навпаки, чтои він висмоктував повітря з корпусу. За фактом охолодження вентилятором рідко коли знадобиться, до того ж навіть при великих навантаженнях елементи схеми сильно не гріються.
Також готуються лицьові панелі. Індикатори напруги та струму використовуються з застосуванням семисегментних індикаторів, а в якості світлофільтру для цих індикаторів використовується металізована антистатична плівка, на зразок тієї, в яку пакують радіоелементи з позначкою чутливості до електростатики. Можна також використовувати напівпрозору плівку, яку клеять на шибки, або тонуючу плівку для автомобілів. Набір елементів на лицьовій панелі спереду і ззаду можна компонувати з будь-якого смаку. У моєму випадку ззаду роз'єм для підключення до розетки, відсік запобіжника і вимикач. Спереду - індикатори струму і напруги, світлодіоди індикації стабілізації струму (червоний) і стабілізації напруги (зелений), ручки змінних резисторів для регулювання струму і напруги і швидкозажимний роз'єм, до якого підключено вихідна напруга.
При правильній збірці блок живлення потребує тільки в підстроювання діапазонів регулювання.
Захист по струму (стабілізація по току) працює наступним чином: при перевищенні встановленого струму на мікросхему TL494 подається сигнал про зниження напруги - чим менше напруга, тим менше струм. При цьому на лицьовій панелі загоряється червоний світлодіод, що сигналізує про перевищення встановленого струму, або про коротке замикання. У нормальному режимі стабілізації напруги горить зелений світлодіод.
Основні характеристики імпульсного лабораторного блоку живлення залежать в основному від застосовуваної елементної бази, в даному варіанті характеристики наступні:
- Вхідна напруга - 220 вольт змінного струму
- Вихідна напруга - від 0 до 30 вольт постійного струму
- Вихідний струм складає більше 15 А (фактично тестувати значення)
- Режим стабілізації напруги
- Режим стабілізації струму (захист від короткого замикання)
- Індикація обох режимів світлодіодами
- Малі габарити і вага при великій потужності
- Регулювання обмеження струму і напруги
Підводячи підсумок, можна відзначити, що лабораторний блок живлення вийшов досить якісний і потужний. Це дозволяє використовувати даний варіант блоку живлення як для тестування якихось своїх схем, так і аж до зарядки автомобільних акумуляторів. Варто відзначити також те, що ємності на виході стоять чималі, тому коротких замикань краще не допускати, так як розряд конденсаторів з великою ймовірністю може вивести схему з ладу (ту, до якої підключаємося), однак без цієї ємності вихідна напруга буде гірше - зростуть пульсації. Це особливість саме імпульсного блоку, в аналогових блоку живлення вихідна ємність не перевищує 10 мкФ як правило в силу своєї схемотехніки. Таким чином, отримуємо універсальний лабораторний імпульсний блок живлення здатний працювати в широкому діапазоні навантажень практично від нуля до десятків ампер і вольт. Блок живлення прекрасно зарекомендував себе як при харчуванні невеликих схем при тестуванні (але тут захист від КЗ допоможе мало через великий вихідний ємності) зі споживанням в міліампер, так і в застосуванні в ситуаціях, коду необхідна велика вихідна потужність за час мого убогого досвіду в галузі електроніки.
Цей лабораторний блок живлення я зробив близько 4 років тому, коли тільки починав робити перші кроки в електроніці. До теперішнього часу жодної поломку з урахуванням того, що працював часто далеко за межами 10 ампер (зарядка автомобільних акумуляторів). При описі за рахунок давнього терміну виготовлення міг щось упустити, питання, зауваження складайте в коментарях.
За для розрахунку трансформатора: ExcellentIT
Додаю до статті друковані плати (вольтметр і амперметр сюди не входять - можна застосовувати абсолютно будь-які).
список радіоелементів
Позначення Тип Номінал Кількість Примітка Магазин Мій блокнот IC1 ШІМ контролер
TL494
1 Пошук в Utsource В блокнот IC2 Операційний підсилювач
LM324
1 Пошук в Utsource В блокнот VR1 Лінійний регулятор
L7805AB
1 Пошук в Utsource В блокнот VR2 Лінійний регулятор
LM7905
1 Пошук в Utsource В блокнот T1, T2 Біполярний транзистор
C945
2 Пошук в Utsource В блокнот T3, T4 Біполярний транзистор
MJE13009
2 Пошук в Utsource В блокнот VDS2 Діодний міст MB105 1 Пошук в Utsource В блокнот VDS1 Діодний міст GBU1506 1 Пошук в Utsource В блокнот D3-D5, D8, D9 Випрямляючий діод
1N4148
5 Пошук в Utsource В блокнот D6, D7 Випрямляючий діод
FR107
2 Пошук в Utsource В блокнот D10, D11 Випрямляючий діод
FR207
2 Пошук в Utsource В блокнот D12, D13 Випрямляючий діод
FR104
2 Пошук в Utsource В блокнот D15 Діод Шотткі F20C20 1 Пошук в Utsource В блокнот L1 Дросель 100 мкГн 1 Пошук в Utsource В блокнот L2 Синфазних дросель 29 мГн 1 Пошук в Utsource В блокнот L3, L4 Дроссель 10 мкГн 2 Пошук в Utsource В блокнот L5 Дросель 100 мкГн 1 на жовтому кільці Пошук в Utsource В блокнот L6 Дроссель 8 мкГн 1 Пошук в Utsource В блокнот Tr1 Імпульсний трансформатор EE16 1 Пошук в Utsource В блокнот Tr2 Імпульсний трансформатор EE28 - EE33 1 ER35 Пошук в Utsource В блокнот Tr3 Трансформатор BV EI 382 1189 1 Пошук в Utsource В блокнот F1 Запобіжник 5 А 1 Пошук в Utsource В блокнот NTC1 Терморезистор 5.1 Ом 1 Пошук в Utsource В блокнот VDR1 Варистор 250 В 1 Пошук в Utsource В блокнот R1, R9, R12, R14 Резистор
2.2 кОм
4 Пошук в Utsource В блокнот R2, R4, R5, R15, R16, R21 Резистор
4.7 кОм
6 Пошук в Utsource В блокнот R3 Резистор
5.6 кОм
1 підбирати виходячи з необхідної частоти Пошук в Utsource В блокнот R6, R7 Резистор
510 кОм
2 Пошук в Utsource В блокнот R8 Резистор
1 МОм
1 Пошук в Utsource В блокнот R13 Резистор
1.5 кОм
1 Пошук в Utsource В блокнот R17, R24 Резистор
22 кОм
2 Пошук в Utsource В блокнот R18 Резистор
1 кОм
1 Пошук в Utsource В блокнот R19, R20 Резистор
22 Ом
2 Пошук в Utsource В блокнот R22, R23 Резистор
1.8 кОм
2 Пошук в Utsource В блокнот R27, R28 Резистор
2.2 Ом
2 Пошук в Utsource В блокнот R29, R30 Резистор
470 кОм
2 1-2 Вт Пошук в Utsource В блокнот R31 Резистор
100 Ом
1 1-2 Вт Пошук в Utsource В блокнот R32, R33 Резистор
15 Ом
2 Пошук в Utsource В блокнот R34 Резистор
1 кОм
1 1-2 Вт Пошук в Utsource В блокнот R10, R11 Змінний резистор 10 кОм 2 можна 3 або 4 використовувати Пошук в Utsource В блокнот R25, R26 Резистор
0.1 Ом
2 шунти, потужність залежить від вихідної потужності БП Пошук в Utsource В блокнот C1, C8, C27, C28, C30, C31 Конденсатор 0.1 мкФ 7 Пошук в Utsource В блокнот C2, C9, C22, C25, C26, C34, C35 електролітичним конденсатор 47 мкФ 7 Пошук в Utsource В блокнот C3 Конденсатор 1 нФ 1 плівковий Пошук в Utsource В блокнот C4-C7 Конденсатор 0.01 мкФ 4 Пошук в Utsource В блокнот C10 Конденсатор 0.47 мкФ 275 В 1 X Пошук в Utsource В блокнот C11 електролітичним конденсатор 1 мкФ 1 Пошук в Utsource В блокнот C12 Конденсатор 0.1 мкФ 275 В 1 X Пошук в Utsource В блокнот C13, C14, C19 Конденсатор 0.01 мкФ 2 кВ 3 Y Пошук в Utsource В блокнот C15, C16 електролітичним конденсатор 2.2 мкФ 2 Пошук в Utsource В блокнот C17, C18 електролітичним конденсатор 470 мкФ 200 В 2 Пошук в Utsource В блокнот C20 Конденсатор 1 мкФ 250 В 1 плівковий Пошук в Utsource В блокнот C21 Конденсатор 2.2 нФ 1 кВ 1 Пошук в Utsource В блокнот C23, C24 Конденсатор 3.3 нФ 2 Пошук в Utsource В блокнот C29, C32, C33 електролітичним конденсатор 1000 мкФ 35 В 3 Пошук в Utsource В блокнот D1 Світлодіод зелений 1 5мм, або просто діод, якщо не потрібна індикація Пошук в Utsource В блокнот D2 Світлодіод червоний 1 5мм, або просто діод, якщо не потрібна індикація Пошук в Utsource В блокнот Конструктивні елементи Корпус Z4A 1 Пошук в Utsource В блокнот Вимикач 250 В 6 А 1 Пошук в Utsource В блокнот Тримач для запобіжника 1 Пошук в Utsource В блокнот Розетка 220 В 1 для підключення до мережі 220 В Пошук в Utsource В блокнот Вилка 220 В 1 для підключення до мережі 220 В Пошук в Utsource В блокнот Роз'єм 1 для вихідної напруги Пошук в Utsource В блокнот Вентилятор 12 В 1 Пошук в Utsource В блокнот Вольтметр 1 Пошук в Utsource В блокнот Амперметр 1 Пошук в Utsource В блокнот Додати все
Завантажити список елементів (PDF)