Наши партнеры ArtmMisto
У статті розглянута конструкція лабораторного джерела живлення середньої потужності, виготовленого на основі комп'ютерного блоку живлення типу АТ. Характеристики розглянутого пристрою дозволяють використовувати його для живлення найрізноманітніших споживачів постійного струму, наявних в арсеналі радіоаматора, в тому числі низьковольтних електропаяльників, електродрилів, радіоапаратури, а також для зарядки кислотно-свинцевих акумуляторних батарей напругою від 6 до 22В в напівавтоматичному режимі.
Це дуже давня розробка. Зараз лабораторні ІП виготовляються з комп'ютерних БП-АТС зовсім за іншими схемами, але для ознайомлення, думаю, буде цікаво.
У радіоаматорських журналах опубліковано чимало статей з описом можливостей використання блоків живлення після закінчення їхнього терміну персональних комп'ютерів типу АТ (далі по тексту БППК). В основному на основі БППК пропонується виготовляти зарядні пристрої для автомобільних свинцево-кислотних акумуляторних батарей (АКБ). При проведенні експериментів з одним з таких БППК згідно методики, описаної в статті М. Шумилова «Комп'ютерний блок живлення - зарядний пристрій» (Радіо - 2009 №1), виникла ідея виготовити регульований стабілізований лабораторний джерело живлення радіоаматора, який в тому числі можна використовувати і в якості зарядного пристрою для АКБ. Подібний пристрій було описано в статті С. Мітюрева «Імпульсний блок живлення на базі БП ПК» (Радіо - 2004 №10), але вузький діапазон вихідної напруги (від 5 до 15 В) не може задовольнити всіх вимог, що пред'являються до джерела живлення домашній лабораторії. Бажано мати можливість регулювання вихідного напруга від 0 до 25-30 В, але вихідна напруга БППК обмежена. Як варіант можна було б збільшити число витків вторинної обмотки імпульсного трансформатора БППК, але спроби його розібрати не увінчалися успіхом. Тоді було прийнято рішення виготовити окремий підвищувальний трансформатор, підключивши його первинну обмотку до «пятівольтового» обмотці штатного трансформатора БППК. Доповнивши ідею схемами стабілізатора-регулятора, регульованою струмового захисту і цифровим мультиметром, вийшов компактний лабораторний джерело живлення, який має такі технічні характеристики:
- напруга живлення мережі ~ 190-250 В / 50 Гц;
- споживана потужність - до 200 Вт;
- три діапазону вихідної напруги постійного струму:
- U1: від 5 до 22 В при струмі до 5 А;
- U2: від 10 до 42 В при струмі до 4 А;
- U3: від 0 до 30 В при струмі до 2 А;
- регулювання вихідної напруги в межах діапазону - плавна, дворівнева (грубо / точно);
- напруга пульсації при максимальному вихідному струмі:
- U1: не більше 25 мВ;
- U2: не більше 500 мВ;
- U3: не більше 10 мВ;
- режим зарядки акумуляторної батареї до встановленого напруги (від 5 до 22 В) плавно зменшуваним струмом;
- захист по струму - загальна для всіх діапазонів регульована струмова відсічення на рівні від 0,5 до 4 А плюс додаткова струмовий захист стабілізатора U3 (2 А);
- можливість безпечного відключення струмового захисту для підключення навантаження, що має великий пусковий струм;
- індикація вихідної напруги / струму - по вбудованому цифровому мультиметру;
- індикація каналу вимірювання напруги і спрацьовування захисту по струму.
Опис схеми ланцюгів управління
Принципова електрична схема ланцюгів управління ІП представлена на малюнку:
Для зручності викладу робота схеми буде розглядатися одночасно з порядком переробки, виготовлення і конструкції ВП.
Насамперед необхідно внести зміни в схему БППК. Для цього слід скористатися рекомендаціями, наведеними в оригінальній статті М. Шумилова і включити мікросхему DA1 типу TL494 (KA7500, MB3759, КР111ЕУ4) таким чином, як показано на схемі. Таким чином виключаються всі блокування і захисту оригінальної схеми БППК. Для того, щоб дозволити роботу генератора ШІМ, необхідно перерізати друкований провідник на платі БППК від виведення 4 DA1 і встановити резистор R5 (якщо він відсутній). Також слід вчинити і з іншими висновками DA1, і навісним монтажем змонтувати показану на схемі обв'язку DA1. Без змін залишають тільки висновки 12 і 7 (харчування мікросхеми), а також 8 і 11 (вихідні ланцюги). Номінали встановлених на платі елементів С2, С5, R4, R5, R8 залишають без змін.
Тепер бажано зібрати макетну плату з елементами VT1, R9, R10, R12, R17, C8, підключивши замість R13 змінний резистор номіналом 22-33 кОм і перевірити роботу БППК, керуючись рекомендаціями, наведеними в вище згаданій статті М. Шумилова. Переконавшись у нормальній роботі БППК з навантаженням і без в інтервалі напруг від 5 до 22 В, можна приступати до подальшої модернізації пристрою. Для цього в ланцюзі «+12 В» встановлюють конденсатор С3 і резистор R6, в ланцюзі «-12 В» встановлюють конденсатор С1. Напруження «+5 В» і «-5 В» не використовуються, тому всі деталі, пов'язані з цими ланцюгами можна демонтувати. Правда, в авторському варіанті після видалення діодів випрямляча «+5 В» БППК став погано запускатися, тому було вирішено залишити ланцюг «+5 В», замінивши потужні діоди VD5, VD6 випрямляча «+5 В» на малопотужні, Випаяв з ланцюга «- 5 В », і зменшити ємність фільтруючого конденсатора С4.
Як говорилося у вступі, для підвищення вихідної напруги від БППК використовується підвищувальний трансформатор Т2. Він намотаний на феритових броньовий сердечнику СБ-30 марки М2000НМ діаметром 30 мм (в просторіччі «горщик»), зібраному без зазору. Первинна обмотка має 9 витків дроту марки МГТФ-0,35, намотаного в три дроти, а вторинна - 2х11 витків дроту ПЕЛ-1,0. Трансформатор зручно закріпити на радіаторі випрямних діодів БППК. Там же через ізоляційну прокладку встановлюють діодні збірку VD7, VD8. Як дросель L4 використовується звільнена обмотка дроселя ланцюга +5 В. Випрямлена напруга з трансформатора Т2 включається послідовно з виходом «+12 В». Таким чином, регулюючи напругу на виході «+12 В» (U1) в межах від 5 до 22 В, вихідна напруга блоку підвищення напруги (U2) регулюється в межах від 10 до 42 В.
Отже, ми розглянули формування двох діапазонів вихідної напруги: U1 і U2. Для формування діапазону U3 в схему вводиться додатковий блок регульованого стабілізатора напруги, виконаний на мікросхемі DA2, умощнение транзистором VT4. Для отримання діапазону регулювання від 0 В використовується вихід «-12 В» БППК. Використовуючи параметричний стабілізатор на елементах R25, VD17, C10 це напруга знижується до рівня 3,3 В і через дільник, утворений резисторами R29 / R30 + R31 + R32 подається в керуючу ланцюг DA2. Підбіркою опору резисторів R32 і R29 добиваються отримання діапазону регулювання від 0 до 30 В.
У ланцюг навантаження стабілізатора включений вузол захисту на елементах R21, VT2, VS1, реле К1 і їх обв'язки. При протіканні через резистор R21 струму, що перевищує 2 А, відкриваються транзистор VT2 і тиристор VS1, і спрацьовує реле К1, яке закорачивает своїм контактом регулюють резистори, знижуючи вихідну напругу до 0. Індикація спрацьовування захисту здійснюється включенням світлодіода HL2. Кнопка SB1 служить для скидання або тимчасового відключення вузла захисту. Детально про роботу цього вузла можна прочитати в статті А. Патріна «Блок живлення для домашньої лабораторії» (Радіо - 2005, №12).
Слід зупинитися на регулювальних резисторах R14, R30 і R18, R31. Як видно зі схеми, ці резистори є попарно залежними, тобто спареними. Це зроблено для того, щоб знизити навантаження на блок стабілізації U3. Напруга на виході блоку стабілізації відстає від вхідного не більше, ніж на 10-12 В, завдяки чому потужність розсіювання на ньому не перевищує 25 Вт у всьому діапазоні регулювання. Як видно зі схеми, спарені резистори мають різні номінали опору. Тому їх слід виготовити самостійно. Для цього знадобляться два спарених резистора типу СП3-4аМ опором 2,2 кОм і 22 кОм, і один одинарний опором 6,8 кОм. З крайніх резисторів «Спаркі» слід переставити контактні площадки таким чином, щоб отримати один спарений резистор опором 2,2 і 6,8 кОм, а другий - 22 і 2,2 кОм.
Тепер розглянемо блок регульованою струмового відсічення. Ідея конструкції запозичена зі статті Е. Коломійця «Лабораторний блок живлення з комплексним захистом» (Радіо - 2004, №7). Датчик струму включений в ланцюг «мінуса» і виконаний з використанням герконового реле К2, поверх якого намотана додаткова обмотка 3-4, що складається з 16 витків дроту ПЕЛ-0,8. Вузол захисту харчується від 5-вольта інтегрального стабілізатора DA1. Регулювання струму уставки здійснюється змінним резистором R19. При протіканні в ланцюзі навантаження струму, що перевищує струм уставки, реле К2 спрацьовує і своїм контактом подає відмикає напруга на транзистор VT3, який ставить під струм реле К3. Потужні контакти реле К3 відключають навантаження від «мінуса» джерела живлення. Індикація спрацьовування захисту здійснюється включенням світлодіода HL1. Для приведення схеми захисту в початковий стан слід короткочасно натиснути кнопку SB1.
Слід зазначити, що реле К3 виконує дві функції. По-перше, воно є виконуючим елементом схеми захисту по струму. По-друге, при використанні ВП у якості зарядного пристрою для зарядки АКБ, реле К3 здійснює функцію безпечного підключення АКБ до ВП. Здійснюється це таким чином. Для підключення АКБ до ІП передбачені окремі клеми XS6 і XS7. При правильному підключенні до цих клем АКБ реле К3 стає під струм і замикає контакт 2-3, підключаючи «мінус» АКБ до «мінуса» ВП. У такому режимі схема струмового захисту відключена, що дозволяє отримати максимально можливий зарядний струм АКБ.
Відключення струмового захисту необхідно також при роботі з навантаженням, що має великий пусковий струм. Звичайно, якщо необхідно один раз включити таке навантаження, це можна зробити натиснувши кнопку SB1. Але якщо потрібно підключити до ІП, наприклад, низьковольтний шуруповерт, то необхідно повністю відключити струмовий захист. Для цього випадку передбачено окремі клеми XS5, XS6. Підключивши до них навантаження, слід повернути регулятор R19 установки струму відсічення вліво до відмови, спрацює «захист», реле К3 стане під струм і підключить «мінус» ІП до навантаження. У цьому режимі, як і в разі підключення АКБ, для забезпечення безпеки на основні клеми ІП XS1-XS4 напруга подаватися не буде.
Опис схеми блоку вимірювання
Перейдемо до розгляду схеми блоку вимірювання напруги / струму, показаної на малюнку вище. Для індикації рівня вихідної напруги і струму використаний широко поширений малогабаритний цифровий мультиметр типу DT830В, плата якого вкорочена до мінімально можливого розміру. Всі встановлені в мультиметри подільники не потрібні, слід залишити тільки показану на схемі вхідний ланцюг R38, C13, висновки підключення харчування мультиметра і висновки управління комами індикатора (НЕ схемою показано схематично, в дійсності в приладі для управління комами передбачені спеціальні ланцюжки, виведені на перемикач, до яких і слід підключатися). Схема вимірювання особливостей не має. Вимірювання напруги здійснюється на межі «200 В» через дільник напруги на резисторах R35, R36. Вимірювання струму здійснюється на межі «10 А». Резистор Rш використовується штатний з мультиметра. За допомогою здвоєного перемикача SA2 здійснюється перемикання режиму вимірювання напруги / струму і одночасно перемикається кома на індикаторі. За допомогою перемикача SA1 вибирається канал вимірювання напруги і здійснюється індикація вибраного каналу світлодіодами HL3, HL4.
Для харчування мультиметра, а також вентилятора охолодження пропонується використовувати модифіковане імпульсний зарядний пристрій для мобільних телефонів (ЗУ). Харчування мультиметра від незалежного джерела дозволяє виключити ризик виходу його з ладу. Одночасно наявність незалежного ІП дозволяє вирішити проблему харчування вентилятора охолодження постійною напругою.
Для модифікації ЗУ слід збільшити число витків вторинної обмотки імпульсного трансформатора, домотать на його каркас (не розбираючи) 3-4 витка обмотувального дроту діаметром близько 0,3 мм і включивши додаткові витки послідовно з наявної обмоткою. Регулюючи кількість витків слід домогтися отримання на виході ЗУ напруги = 12 В під навантаженням, в якості якої використовувати штатний вентилятор охолодження БППК. Для отримання напруги живлення мультиметра = 9 В служить мікросхема DA3 з фільтром C14, які можна розмістити навісним монтажем на платі ЗУ.
Конструкція і деталі
Конструкція ІП виконана блочно на окремих друкованих платах і частково навісним монтажем. Номінали елементів і потужності резисторів вказані на схемі. Світлодіоди будь індикаторні. Кнопки і перемикачі будь-які малогабаритні, слабкострумові.
У конструкції використані реле наступних типів: К1 - РЕС15 паспорт РС4.591.003; К2 - РЕС55А, паспорт 0202, напруга спрацьовування 3 В, струм спрацьовування 30 мА; К3 - автомобільне на 12 В з струмом комутації 30 А. Реле К3 слід переробити на більш низьку напругу. Для цього з його обмотки слід змотати 500 витків дроту і відрегулювати на спрацьовування при напрузі не більше 4,5 В.
Блок регульованого стабілізатора напруги зібраний на друкованій платі, закріпленої шурупами до радіатора ключових транзисторів БППК. Транзистор VT4 і мікросхему DA2 слід встановити на радіатор, площа якого залежить від ефективності охолодження ВП. Автор використав радіатор охолодження процесора Pentium-1 величиною із сірникову коробку.
Всі елементи ІП розташовані в корпусі БППК, одна зі сторін якого вирізана для розміщення передній панелі з органами управління та індикації. Роз'єми XS1-XS4 виведені на передню панель, а XS5-XS7 - на задню. Зовнішній вигляд конструкції без верхньої кришки показаний на фото:
додаток
Архів з кресленнями схем і передньої панелі ВП.
