Линейный лабораторный блок питания на операционных усилителях

toozpickЭлектроника / Блоки питанияДобавлено 7 комментариев Приветствую, Самоделкины!Сейчас мы вместе с автором YouTube канала «Open Frime TV» соберем довольно простой и надежный лабораторный блок питания на операционных усилителях.Думаю, все кто хотел собрать линейный лабораторный блок питания на операционных усилителях часто натыкались на вот такую распространенную схему:Китайцы даже начали серийно ее выпускать.Как видно тут для стабилизации выходного напряжения применены операционные усилители, но есть одно — но, которое делает эту схему весьма непривлекательной. Это то, что входное напряжение не может превышать 30В. Большинство людей такое ограничение ставит в тупик, потому что трансформаторы обычно бывает на 24В и 36В. Найти трансформатор на 30В проблематично, а переделать трансформатор под блок питания нерационально.Почему же так получается? А все потому, что операционные усилители в этой схеме подключены напрямую к напряжению питания, а у них есть верхний предел по входному напряжению.Конечно, может кому и подходит данный вариант, но автора он не устроил, и тогда начались поиски хороший схемы. Нужная схема таки была найдена на одном из форумов. Там было предложено несколько вариантов, автор же попробовал и ту, и другую, и в итоге остановился на вот такой схеме:Характеристики: внушительное входное напряжение (может достигать 50В), выходной ток может составлять 5А (но это значение переменное, подробнее при тестах).Теперь пару слов про работу схемы. Один операционный усилитель сравнивает заданное опорное напряжение и выходное, и в зависимости от этого приоткрывает или закрывает силовой транзистор.Второй же операционный усилитель, следит за падением напряжения на шунте. Смысл его работы такой же, как и первого, как только напряжение падения на шунте станет выше определенного уровня, он сбросит напряжение для первого операционного усилителя. Этот начнет закрывать транзистор до тех пор, пока напряжение падения на шунте не сравняется с заданным значением тока.Так же на форуме люди делились своими вариантами печатных плат. Но по размерам они были довольно большие, и тогда автор решил набросать вот такую печатную плату. По размерам она получилась очень компактная. Сначала он сделал тестовый вариант способом ЛУТ и все проверил. Схема в работе понравилась. После этого автор решил ее красиво оформить и отправил на изготовление китайской компании.И вот платы доставили. Автор с нетерпением открывает коробку. Они отлично запакованы. Давайте достанем платки и рассмотрим поближе.Ну что же, качество как всегда на высоте. Сразу же захотелось собрать эту плату и проверить в работе. Количество деталей тянет на уровень средний. Пайка занимает минут 20 от силы.В итоге получаем вот такую красивую плату:Можно ее протестировать. Для этого нам понадобится источник питания, также нам понадобится электронная нагрузка. В первую очередь проверим минимальное и максимальное напряжение на выходе.Как видим, минимальный порог 0В, а максимальный всего на пару вольт меньше входного. Теперь можно проверить насколько проседает выходное напряжение под нагрузкой. Для этого не убираем щупы с измерения напряжения и вешаем туда лампочку на рассчитанную на напряжение 36В, мощностью 100Вт.Как видим, стабилизация на уровне. Теперь проверим какой ток может выдать схема. Но для начала некоторая оговорка: максимальный ток, который можно получить из данной схемы варьируется. Сейчас подробнее: выходной ток при 40 вольтах ограничен 5-ю амперами, но это еще не все, при выставлении максимального тока нужно следить за тем, чтобы мощность рассеиваемой транзистором не превышала 100Вт. Рассчитать эту мощность можно по вот такой формуле:Подставляем значение разницы входного и выходного напряжения и умножаем на ток потребления. К примеру, если у нас входное напряжение составляет 40В, а на выходе выставлено напряжение 2В и ток 5А, то на транзисторе будет рассеиваться 190Вт. А как вы понимаете, он не выдержит такой нагрузки.Поэтому нужно или уменьшать входное напряжение или снизить ток потребления. Вот теперь можно подключать нагрузку. Выставляем на блоке питания напряжение равное 30В. На выходе линейника напряжение составит 20В. Нагрузим током в 2А. Смотрим на стабилизацию напряжения и тока.Как видим, картина отличная. Блок справляется на ура. Так же не забываем ставить на транзистор радиатор довольно больших размеров, так как нагрев будет и очень сильный, от этого не убежишь, линейный блок по-другому не работает. Ну а на этом, пожалуй, все. Благодарю за внимание. До новых встреч!Видео: Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Когда то у меня был советский источник питания Б5-47, он очень громко и противно пищал, грелся, периодически из него шел дым. Таким образом пользование сей девайсом более 5 минут причиняло просто невыносимые моральные страдания. Явно он был неисправен. Вскрытие показало что лучше его сразу выбросить и забыть. К тому же его интерфейс управления мне никогда не нравился, юзабельность тоже оставляла желать лучшего. Понятно, что без нормального БП жизнь скучна, решил быстренько сделать БП из того что было под рукой. В итоге изготовление данной конструкции по разным причинам затянулось аж на 2 года. Собственно вот результат:Требования были следующие: регулируемое выходное напряжение до 30 В с регулируемым токоограничением до 5 А. Разумеется должна применяться цифровая индикация. Дизайн должен напоминать MASTECH HY3005D и им подобные. Единственное — мне никогда не нравилось что первый прибор показывает ток. Ну неправильно это — напряжение всегда первично, соответственно первый прибор должен показывать именно напряжение.Первоначально проектировал схему на базе линейного стабилизатора К142ЕН2А, но в итоге отказался от этой идеи — низкий КПД, регулирующий силовой транзистор сильно грелся даже с учетом того что был предусмотрен переключатель отпаек на вторичной стороне трансформатора. Да и вообще всё как-то криво работало. Пришлось выпилить.Второй вариант схемы разработал на базе легендарного ШИМ-контроллера TL494, который в разных вариациях встречается во многих компьютерных блоках питания. На этот раз всё получилось как надо.Вкратце о конструкции:Принципиальная схема (кликабельно)Как уже говорил — девайс собрал из запчастей, большинство которых были в радиусе 5 метров от меня.Понижающий трансформатор нашелся под столом, марки я его не знаю. Напряжение на вторичке около 40 В.D1 — TL494, VD1 — диод шоттки и тороидальный дроссель L1 выпаял из неисправного компьютерного блока питания: диод шоттки используется в схеме выпрямления, он установлен на радиаторе возле импульсного трансформатора, тороидальный дроссель расположен рядом с ним.LM358 — весьма хороший и распространенный операционный усилитель. Продаётся почти на каждом углу. Рекомендован к приобретению.Шунт R12 — взял из какого-то старого связисткого оборудования: представляет собой 3 толстых изогнутых проволочки.Резисторы R9, R10 используются для регулирования выходного напряжения (грубо, точно). Резисторы R3, R4 используются для регулирования токоограничения (грубо, точно).При наладке БП подстроечным резистором R15 регулируется порог переключения светодиодной сигнализации. Еще возникли проблемы с интегральным стабилизатором 7805 — при входном напряжении около 40 В он начинал ужасно глючить — просаживал выходное напряжение, решил проблему установив по входу 1 Вт гасящий резистор R13.Сам корпус взят от древнего самопишущего регистратора. Компоновка получилась следующей — в середине корпуса установлен силовой трансформатор, который вошел туда как родной, видимо они были созданы друг для друга. В передней части БП расположена электронная схема управления, органы управления и сигнализации. В задней части корпуса расположена вся силовая электроника. Таким образом трансформатор как бы делит БП на 2 части — слаботочную и силовую.Передняя часть корпуса с откинутой лицевой крышкой. Цифровые измерительные приборы приехали из Китая, они заводского производства. Электронная схема управления состоит из 2 плат: плата регулятора напряжения — TL494 c обвязкой, и плата сигнализации — включает в себя микросхемы D3,D4. Почему не сделал на одной плате? Просто сигнализацию я делал несколько позже чем регулятор, и отдельно доводил её «до ума». Там тоже были свои заморочки.Задняя часть корпуса. На общем радиаторе установлены диодный мост KBPC 3510, силовой транзистор КТ827А, дроссель L1, шунт R12. Всё это дело изнутри обдувается 12 сантиметровым вентилятором. В задней части корпуса установлены также предохранители, сглаживающие конденсаторы C1, C4 и маленький вспомогательный импульсный блок питания для работы вентилятора и цифровых измерительных приборов.Конечно, можно было бы купить фирменный БП и не городить огород. Но иногда хочется самому поизобретать велосипедЕсли кто-то задумает повторить конструкцию вот здесь выложил принципиальную схему в высоком разрешении и чертежи печатных плат в формате Sprint Layout.Обновление 09.01.2019По прошествии времени пользователи в комментариях поделились своими модификациями блоков питания. Рассмотрим подробнее предложенные варианты. Обсуждение всех конструкций по-прежнему доступно в комментариях Модификация № 1Предложена Принципиальная схемаДрайвер полевика (точнее, двух параллельно — выравниванием токов занимаются сами полевики) запитан от отдельного источника 15в. У себя взял промагрегат 9-36в/15в TEN 12-2413. От него же запитаны кулеры.TL494 запитана от отдельного источника 24 в.Потенциометр вольтажа любой, замер тока с шунта амперметра. Трансформатор выдает 34 в, выпрямленного около 45.Проблема мощности упиралась в дросселе. Если 5-амперник нормально шел, то 20 помучал.Практическим путем нашел вариант два параллельно на кольцах от компового. 23 витка проводом 1,15мм.Внешний вид конструкции

Модификация № 2Предложена Принципиальная схемаНедавно натолкнулся на эту статью про ЛБП на TL494. Загорелся желанием собрать БП по этой схеме, тем более уже давно валялся трансформатор от польского блока питания на 24в и 4а. Вторичка выдает 34в переменки, после моста с кондером 10000х63в — 42в. Собрал навесным монтажом по этой схеме, включил и сразу дым из 494-й. Все проверил, заменил микросхему, включаю — на холостом работает, на выходе напряжение пытается регулироваться, прикоснулся к 494 — горячая! Добавил номинал 4.7к резистору R1 — блок работает, но стоило подключить лампочку 24в 21вт, как взорвалась микросхема в районе 9, 10 ножки. Отмотал с вторичной обмотки транс-ра несколько витков (снизил напряжение на 4 вольта) и все равно горят микросхемы. Питание на 8,11,12 ноги подавал 12в с другого БП, мотал дроссель разным по диаметру проводом и количеством витков — толку нет (сжег 6 микрух). У меня есть кой — какой опыт по переделке компьютерных блоков в зарядные устройства и регулируемые блоки питания на основе TL494 и ее аналогах. Начал собирать обвязку ШИМа по схемам к комповым БП. Изменил управление силовым транзистором, подал питание на ШИМ от отдельного источника на 12в (переделал зарядку от сотового телефона) и все — блок заработал! Пару дней настраивал на регулировки и свист дросселя (оссцила нет) теперь надо отлутить плату управления и можно собирать в корпус.Сегодня настраивал свой БП. Спасибо большое за подсказку проверять пульсации на выходе динамиком если нет осциллографа. При малой нагрузке (лампочка 12в, 21вт) из динамика слышался гул и вой когда крутил регулятор тока. Устранил это безобразие установкой дополнительных конденсаторов (на схеме обведено красным цветом).Как рекомендовал конденсатор С15 действительно жизненно важный. Еще с помощью динамика определил бракованный потенциометр на регулировку тока. При его вращении из динамика слышался шорох и треск. После его замены и установки доп. конденсаторов из динамика тишина (чуть слышное шипение) при разной нагрузке на выходе БП.Делал тест на нагрев деталей блока. При такой нагрузке в течении 1.5 часов только транзистор грелся (трогал пальцем его корпус), а радиатор, где он установлен, чуть теплый (обдувается вентилятором). Дроссель — холодный, трансформатор тоже.Внешний вид конструкцииМодификация № 3Предложена За основу была взята схема с полевиком https://ic.pics.livejournal.com/rond_60/78751049/3328/3328_original.jpgПри отладке появились проблемы с управлением полевика через трансформатор. На небольших токах нагрузки он работал, при увеличении более 2 ампер происходил срыв и падение тока (при скважности ШИМ > 30%). Пришлось убрать трансформатор и вместо него поставить оптодрайвер ACPL3180 с питанием от отдельной обмотки трансформатора.Сделал 2 независимых канала с регулировкой напряжения до 30V и ограничения тока до 10A. Второй канал запустился сразу, только пришлось подстроить максимальные значения напряжения и тока. Регулировочные резисторы — 10 оборотныеhttps://ru.aliexpress.com/item/Free-Shipping-3590S-2-103L-3590S-10K-ohm-Precision-Multiturn-Potentiometer-10-Ring-Adjustable-Resistor/32673624883.html?spm=a2g0s.11045068.rcmd404.3.de3456a4CSwuV3&pvid=b572f0cb-2d84-4353-a657-a28824b99672&gps-id=detail404&scm=1007.16891.96945.0&scm-url=1007.16891.96945.0&scm_id=1007.16891.96945.0В качестве V-A метра применён китайский модульhttps://ru.aliexpress.com/item/DC-100-10A-50A-100A/32834619911.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.466b33edLWGUwZ с доработкой, достигнута точность показаний 2% при больших токах и 10 мА при токах до 1А.Радиатор на транзисторе и диоде один от компьютерного блока питания. При нагрузке на лампу 15V 150W он нагревается до 80 градусов (больше греется диод). Настроил включение вентилятора охлаждения на 50 град. (один на 2 канала)Окончательная схема одного каналаRшунт 0,0015 Ом — Это встроенный шунт прибора, к нему добавляются сопротивление проводов от индикатора до клемм XS104 и «-«, при большом токе они оказывают значительное влияние. Провод 1,5 кв.ммНастройка:1 Запускаем задающий генератор на TL494 и драйвер с отключенным затвором VT101. На выходе драйвера будет ШИМ около 90%. Настраиваем частоту TL в пределах 80 — 100 кГц подбирая R1072 Подключаем затвор транзистора (для подстраховки питание +45 подаём через токоограничивающий балласт, я брал 2 лампы 24V 150W последовательно) и смотрим выход БП. Подключаем небольшую нагрузку (я брал 100 Ом). Если напряжение на выходе регулируется то устанавливаем максимальное значение выхода с помощью R122.3 Убираем токоограничивающий балласт, нагружаем выход сильнотоковой нагрузкой (я брал лампу 15V 150W) и настраиваем максимальный ток в нагрузке: R106 постепенно выводим в нижнее по схеме положение, подбираем R104 и R105 добиваясь срабатывания защиты по току (у меня ограничение по току 10А). При сработке токовой защиты регулировка напряжения с помощью R101 в большую сторону не приводит к его росту на выходе.4 Узел индикации на операционнике и светодиодах не нуждается в настройке (его единственный недостаток — небольшая подсветка красного светодиода когда горит зелёный, можно исправить включив последовательно с красным обычный диод.5 настраиваем Р101 на нужную температуру срабатывания вентилятора нагрузив блок питания на приличную нагрузку измеряя температуру диода и транзистора на радиаторе. Внешний вид:Осциллограммы

Блок питания необходимая вещь для каждого радиолюбителя, потому, что для питания электронных самоделок нужен регулируемый источник питания со стабилизированным выходным напряжением от 1.2 до 30 вольт и силой тока до 10А, а также встроенной защитой от короткого замыкания. Схема изображенная на этом рисунке построена из минимального количества доступных и недорогих деталей.

Скачать схему регулируемого блока питания на LM317

Микросхема LM317 является регулируемым стабилизатором напряжения со встроенной защитой от короткого замыкания. Стабилизатор напряжения LM317 рассчитан на ток не более 1.5А, поэтому в схему добавлен мощный транзистор MJE13009 способный пропускать через себя реально большой ток до 10А, если верить даташиту максимум 12А. При вращении ручки переменного резистора Р1 на 5К изменяется напряжения на выходе блока питания.

Так же имеется два шунтирующих резистора R1 и R2 сопротивлением 200 Ом, через них микросхема определяет напряжение на выходе и сравнивает с напряжением на входе. Резистор R3 на 10К разряжает конденсатор С1 после отключения блока питания. Схема питается напряжением от 12 до 35 вольт. Сила тока будет зависеть от мощности трансформатора или импульсного источника питания.

А эту схему я нарисовал по просьбе начинающих радиолюбителей, которые собирают схемы навесным монтажом.

Скачать схему регулируемого блока питания с защитой от КЗ на LM317

Сборку желательно выполнять на печатной плате, так будет красиво и аккуратно.

Скачать печатную плату регулируемого блока питания на LM317

Печатная плата сделана под импортные транзисторы, поэтому если надо поставить советский, транзистор придется развернуть и соединить проводами. Транзистор MJE13009 можно заменить на MJE13007 из советских КТ805, КТ808, КТ819 и другие транзисторы структуры n-p-n, все зависит от тока, который вам нужен. Силовые дорожки печатной платы желательно усилить припоем или тонкой медной проволокой. Стабилизатор напряжения LM317 и транзистор надо установить на радиатор с достаточной для охлаждения площадью, хороший вариант это, конечно радиатор от компьютерного процессора.

Желательно прикрутить туда и диодный мост. Не забудьте изолировать LM317 от радиатора пластиковой шайбой и тепло проводящей прокладкой, иначе произойдет большой бум. Диодный мост можно ставить практически любой на ток не менее 10А. Лично я поставил GBJ2510 на 25А с двойным запасом по мощности, будет в два раза холоднее и надёжнее.

А теперь самое интересное…Испытания блока питания на прочность.

Регулятор напряжения я подключил к источнику питания с напряжением 32 вольта и выходным током 10А. Без нагрузки падение напряжения на выходе регулятора всего 3В. Потом подключил две последовательно соединенные галогеновые лампы H4 55 Вт 12В, нити ламп соединил вместе для создания максимальной нагрузки в итоге получилось 220 Вт. Напряжение просело на 7В, номинальное напряжение источника питания было 32В. Сила тока потребляемая четырьмя нитями галогеновых ламп составила 9А.

Радиатор начал быстро нагреваться, через 5 минут температура поднялась до 65С°. Поэтому при снятии больших нагрузок рекомендую поставить вентилятор. Подключить его можно по этой схеме. Диодный мост и конденсатор можно не ставить, а подключить стабилизатор напряжения L7812CV напрямую к конденсатору С1 регулируемого блока питания.

Скачать схему подключения вентилятора к блоку питания

Что будет с блоком питания при коротком замыкании?

При коротком замыкании напряжение на выходе регулятора снижается до 1 вольта, а сила тока равна силе тока источника питания в моем случае 10А. В таком состоянии при хорошем охлаждении блок может находится длительное время, после устранения короткого замыкания напряжение автоматически восстанавливается до заданного переменным резистором Р1 предела. Во время 10 минутных испытаний в режиме короткого замыкания ни одна деталь блока питания не пострадала.

Радиодетали для сборки регулируемого блока питания на LM317

• Стабилизатор напряжения LM317
• Диодный мост GBJ2501, 2502, 2504, 2506, 2508, 2510 и другие аналогичные рассчитанные на ток не менее 10А
• Конденсатор С1 4700mf 50V
• Резисторы R1, R2 200 Ом, R3 10K все резисторы мощностью 0.25 Вт
• Переменный резистор Р1 5К
• Транзистор MJE13007, MJE13009, КТ805, КТ808, КТ819 и другие структуры n-p-n

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать регулируемый блок питания своими руками

Используемые источники:

• https://usamodelkina.ru/12022-linejnyj-laboratornyj-blok-pitanija-na-operacionnyh-usiliteljah.html
• https://vladikoms.livejournal.com/2204.html
• https://sdelaitak24.ru/%d1%80%d0%b5%d0%b3%d1%83%d0%bb%d0%b8%d1%80%d1%83%d0%b5%d0%bc%d1%8b%d0%b9-%d0%b1%d0%bb%d0%be%d0%ba-%d0%bf%d0%b8%d1%82%d0%b0%d0%bd%d0%b8%d1%8f-%d1%81%d0%b2%d0%be%d0%b8%d0%bc%d0%b8-%d1%80%d1%83%d0%ba/