Лабораторный блок питания за один день

[Livemaker]

Блок питания, которым пользуюсь уже несколько лет, служит верой и правдой. Даёт напряжение 0...30В, 10А. Умеет работать как источник тока. Т.е., выставляем предельный ток и он его будет держать, не зависимо от нагрузки. Но, макетируя схемы, часто приходится делать отдельный стабиллизатор для логики, как правило - 5В. Т.е. силовая часть питается 12-ю, 15-ю, 18-ю и т.д...., а логика питается 5-ю вольтами. Решил таки сделать более "удобный" блок питания, который обеспечит два выходных напряжения: 0...30В и 5В. Как правило, 5-ти вольтовое напряжение нет необходимости контролировать по току, а вот регулируемое напряжение следует снабдить вольтметром выходного напряжения и стрелочным амперметром. Стрелочным потому, что при испытании ТТ и ему подобным, цифровой амперметр становится бесполезным. Решено - сделано...
Порылся в загашниках своего "хлама"... И сделал такой БП всего за один день! Это оказалось гораздо проще, чем может показаться!
Нашёл пару микросхем LM2576T-ADJ, собрал два стабиллизатора напряжения - один регулируемый, второй выставил подстроечником на 5В. Приклеил ко всему этому делу цифровой вольтметр и стрелочный амперметр. Запитал всё это дело от трансформатора 230-24В, 4А. Прикупить пришлось лишь корпус и польскую печатную плату для вольтметра. Всего один день работы и вот, "удобный", лабораторный блок питания готов. В результате имеем: регулируемое напряжение 1.2...30В, 3А и фиксированное напряжение 5В, 3А, встроенный цифровой вольтметр и стрелочный амперметр.  Если кто проявит интерес - опубликую схемы и прочее... В любом случае опубликую.
Столько времени парился... - а тут потратил всего день.

[mdib]

Красота!
А я себе что источники питания, что генераторы на каждый проект на монтажках собираю... 

[Livemaker]

Спасибо, mdib!
Во-во, решил, что пора универсализировать лабораторию.
Воодушевившись поделкой, думаю сделать ещё несколько лабораторных инструментов, которые облегчат проведение опытов.

[Livemaker]

Всё началось с того, что прикупив сверхяркие светодиоды и сделав из них лампы для дома, нужно было решать вопрос, чем их запитать. Как известно, светодиоды питаются током. Это, конечно же, не значит, что напряжение им не нужно Просто важным для них является величина проходящего через них тока. А напряжение - как получится. Короче говоря, нужен был источник стабиллизированного тока. Полазив по просторам интернета нашёл уйму предложений источников тока для светодиодов. Цена оказалась непомерной, по сравнению с желанием сэкономить на потреблении светодиодами от сети. Получалось примерно 20Евро на 5 светодиодов. Мдес... Менеджеры держат рынок на контроле В общем, решил, что буду справляться своими силами, заодно и вопрос изучу. Опять таки, полез в интернет и кое что нашёл. Теперь по порядку, не спеша...

За основу моего блока (теперь уже моих блоков (их уже с десяток)) питания взята микросхема - понижающий импульсный регулятор напряжения LM2576-ADJ. Без каких либо изменений можно применять LM2596-ADJ. Они отличаются лишь частотой преобразования: у LM2576-ADJ - 52КГц, у LM2596-ADJ - 150КГц. У LM2576-ADJ КПД немного повыше, хоть она и дешевле. В серии микросхем LM2576 есть несколько модификаций: LM2576-3.3, LM2576-5.0, LM2576-12, LM2576-15. Эти модификации отличаются от LM2576-ADJ лишь тем, что они сразу заточены под необходимое напряжение, соответственно: 3.3, 5, 12 и 15В. Повертев извилиной, купил только LM2576-ADJ. Она и дешевле остальных и универсальность на лицо. Есть ещё модификация - LM2576HV, её отличие в большем, возможном входном и выходном напряжении. LM2576-ADJ может питаться от 8-ми до 40В. LM2576HV может питаться от 8-ми до 60В. Выходное напряжение, регулируется в пределах соответственно: 1.23...37В и 1.23...57В. Максимальный ток для всех микросхем 3А.



Структурная схема LM2576 довольна проста для понимания. Описывать полностью её не буду, остановлюсь лишь на одном, интересующем нас моменте. Принцип регулирования заключается в том, что микросхема будет поднимать выходное напряжения до тех пор, пока напряжение на положительном входе ОУ (FIXED GAIN ERROR AMP) не достигнет величины 1.23В. Технически это происходит очень просто - к отрицательному выводу этого ОУ подходит стабиллизированое напряжение 1.23В, ОУ сравнивает напряжения на положительном и отрицательном входах и выдаёт на выходе соответствующий сигнал, что в конечном итоге отразится на выходном напряжении микросхемы. Дальше всё просто, нам нужно через делитель на 4-й вывод микросхемы подать её же выходное напряжение. Изменяя отношение сопротивлений делителя, мы будем менять величину выходного напряжения. В модификациях, настроенных на фиксированное напряжение, этот делитель, R2, R1, уже встроен в микросхему. У LM2576-ADJ этих резисторов нет.

Ну и практическая схема регулируемого источника напряжения:



Не сложно подсчитать, что пределы регулирования по этой схеме 1.23...37В. Нужно только не забывать, что дроссель L1, должен быть на ток, не менее 3А.
В следующий раз покажу, как эту схему трансформировать в источник тока. Не расходитесь...

[Livemaker]

Для того, что бы схема превратилась в источник тока, нам нужно измерять не напряжение, а ток. Для этой цели мы поставим последовательно с нагрузкой небольшое сопротивление, падение напряжения на котором будет 1.23В. Номинал этого сопротивления выберем исходя из необходимой величины тока. Например, если нам нужно, что бы ток в нагрузке составлял 1А, номинал резистора берём 1.23/1=1.23Ом. Элементерно, не правда ли? Вот и схема:



Однако, такое включение имеет существенный недостаток - на резисторе R1 рассеивается приличная мощность, что неминуемо ведёт к снижению КПД. А таким, важнейшим параметром, как КПД, мы очень дорожим! Не правда ли? Например, при протекании через резистор тока 1А, на нём рассеится мощность 1.23Вт. Мы не можем позволить себе такую роскошь. Для того, что бы снизить рассеиваемую мощность, мы применим резистор меньшего сопротивления, а напряжение падения на нём усилим, например с помощью ОУ. По схеме ниже, ОУ имеет КУ 10. Значит, для тока в нагрузке 1А нужен резистор 0.123/1=0.123Ом. На таком резисторе теперь будет рассеиваться 0.123Вт. Уже лучше



Теперь попробуем сделать источник тока с регулируемым значением выходного тока. Поскольку максимальный ток, который мы можем получить от нашей микросхемы 3А, то давайте расчитаем схему так, что бы выходной ток регулировался в пределах 0.1...3А. Возьмём резистор R1 номиналом 0.41Ом. При таком сопротивлении падение напряжения 1.23В на нём будет при 3А. Т.е., при КУ ОУ равным 1-це, ток в нагрузке составит 3А. Для того, чтобы ток в нагрузке был 100мА (в 30 раз меньше), КУ ОУ должен быть равен 30-ти. Другими словами, что бы наш источник тока выдавал стабилизированный ток в пределах 0.1...3А, при токовом резисторе 0.41Ом, ОУ должен иметь регулируемый КУ от 1 до 30.



В следующий раз совместим источник напряжения и источник тока. Т.е., наша схема научится ограничивать как напряжение, так и ток. Не расходитесь

[Livemaker]

Скрестить регулируемый источник напряжения и регулируемый источник тока совсем не сложно
Для этого на 4-й вывод обратной связи микросхемы подадим информацию о токе и о напряжении. Развяжем их диодами, что бы они не мешали друг другу работать. Теперь, потенциометром R3 выставляем необходимое напряжение, потенциометром R6 выставляем максимально допустимый ток. Если ток в нагрузке превысит максимально допустимый, то напряжение на катоде диода VD3 превысит напряжение на катоде VD2 и регулятор начнёт снижать напряжение, удерживая постоянным ток, который мы установили. Просто, не правда ли?



Я использовал сдвоенный операционный усилитель LM258. Второй ОУ в корпусе остался незадействован. Не хорошо... Сделаем ка мы одну, полезную штуку. На положительный вход оставшегося ОУ подадим сигнал о токе, на отрицательный - о напряжени. Нагрузим его светодиодом. Пока ток не превышает установленной величины, на отрицательном входе ОУ напряжение выше, на положительном - ниже. Теперь, если срабатывает токовое ограничение, то напряжение на положительном входе превысит напряжение на отрицательном входе и светодиод загорится, сигнализируя о том, что схема начала ограничивать ток. Полезно, не правда ли?



Ну вот, всё готово. Вольтметр и амперметр использовать можно любой, подходящий. Не нужно забывать, что если Вы запитываете схему напряжением больше, чем 32В, то питание LM258 нужно подрезать стабилитроном, подав на него напряжение через резистор на 100ом. VD2 и VD3 лучше использовать Шоттки, с меньшим падением напряжения, иначе, при использовании обычных, кремниевых, минимальная граница напряжения будет 1.9В.
В следующий раз попробуем расширить диапазон напряжения и тока до...- сетевого. Этого пока ещё не делал. Может и получится. Не расходитесь

[Livemaker]

Ну что, двинемся дальше?...
Что мы узнали из предыдущей практики? Узнали то, что используя индуктивность и её свойство - самоиндукцию, можно строить импульсные источники напряжения и тока. По сути дела, мы можем перейти на большие мощности, используя всё ту же микросхему, которая будет выполнять роль регулятора скважности импульсов, в зависимости от напряжения на её 4-й ноге. Так? Наверное, так. Нам остаётся лишь прилепить к ней достаточно мощный ключ и дать на микросхему информацию о напряжении, или токе.
Зададимся необходимыми параметрами... Для начала возьмём планку такую: возможность регулировки выходного напряжения 0...330В с током до 10А. Круто? Нормально. Один из важнейших элементов схемы будет дроссель. Думаю, сердечник от ТВСа вполне подойдёт. Можно использовать другие сердечники. Я мотал в четыре провода в параллель по 0.45мм диаметром до заполнения каркаса. Такой дроссель держит ток 10А постоянки без существенного нагрева. Индуктивность получилась 100мГн. С таким дросселем есть много возможностей для разгона нашего БП.
В следующий раз мы проверим теорию на практике. Не расходитесь...

[Николай Н.]

Поприветствую Livemaker.
Мы с недавних пор тоже подсели на эту ЛМку, низкая частота около 52 кГц и возможность ШИМ регулировки делают её очень коммуникабельной в наших устройствах с широким спектром элементов.
Я тут для начала хочу ток отдачи в нагрузку увеличить, точнее уже есть наработки кой какие. Я на своей волне - со съёмных Тесел нужно чем то все напряжения стабилизировать жёстко по току и напряжению, для питания УПСа - в дальнейшем самозапита.
Вот такая наработка уже имеет место -  

Тут другой автор навеской занимался, чтобы ток регулировать - http://forum.cxem.net/index.php?app=core&module=attach&section=attach&attach_rel_module=post&attach_id=130131
Есть маленькая загвоздка, при минимальных напряжениях - когда потенциометр уходит на максимум положительного напряжения току уже просто некуда регулироваться, т.к. выход ограничен не нолём, а 1,4 Вольта примерно, дубово. Тут по выходу либо диод ставить, для среза этого потенциала, либо дорабатывать по иному.

[Livemaker]

Есть маленькая загвоздка, при минимальных напряжениях - когда потенциометр уходит на максимум положительного напряжения току уже просто некуда регулироваться, т.к. выход ограничен не нолём, а 1,4 Вольта примерно, дубово. Тут по выходу либо диод ставить, для среза этого потенциала, либо дорабатывать по иному.

Приветствую, Николай Н.
При классическом включении микросхемы как источника напряжения, минимальное выходное напряжение составляет 1.23В. Что мешает сигнал с выхода стабиллизатора подавать на 4-ю ногу через ОУ? Так, как у меня сделано в источнике тока? Уже при КУ ОУ равным 10-ти, минимальное выходное напряжение будет 0.123В. Я так не делал (пока небыло надобности). Если внутренний ШИМ позволяет выдавать столь малую "скважность", думаю, проблемм возникнуть не должно.

[Николай Н.]

Приветствую, Николай Н.
При классическом включении микросхемы как источника напряжения, минимальное выходное напряжение составляет 1.23В. Что мешает сигнал с выхода стабиллизатора подавать на 4-ю ногу через ОУ? Так, как у меня сделано в источнике тока? Уже при КУ ОУ равным 10-ти, минимальное выходное напряжение будет 0.123В. Я так не делал (пока небыло надобности). Если внутренний ШИМ позволяет выдавать столь малую "скважность", думаю, проблемм возникнуть не должно.

Регулировка тока через понижение выходного напряжения уже не учавтсвует в цепи ОС со второй на четвёртую, и питается с ОУ отдельной стаб. постоянкой (запирается) - это я и хотел услышать от тебя, т.к. регулировкой тока ещё не занимался. Так ХМЛ светодиодик питали, и толком не промерили ничего, хотя ОС работает жёсточайшим образом.
Первые впечатления об работе ЛМки были таковы, что какую постоянку не подавай на четвертую ногу, какой амплитуды - минимум на выходе 1.23 будет, вопрос видимо исчерпан в данном вопросе.
Я тут кстати монстрика как раз и собрал, с хорошей фильтрацией и теплоотводом для силовых элементов. Это всё на тему Катаргина кр.говоря, как уже говорил.
Заметил что LMка заводилась без доп проходных емкостей на четвёртой и пятой ноге, пятую я тоже задействовал - удобно "мягко" отключать и включать питание одним нажатием тумблера.
Дроссель несколько десятков миллиГенри, брал с бухты барахты, с фильтра военной аппаратуры, кольца 2000НМ1, провод бифиляр 5 х 0,55 и не промахнулся. Тут видимо накопительный эффект взял своё.
Кстати КПД посчитай, возможно что не обрадуешься, возможно я не в курсе твоих вкусностей. Вот такие результаты чисто на одной LM - 44,485 Вт вход - 39 ВТ выход.
 КПД = 39 Вт х 100%/44,485 Вт = 87,67000112397437% и дроссель тот же - балда.
Теперь пристрою токовую регулировку и опробуем, на неубиваемость..
Кстати транзисторы 1010N, диоды MBR25100CT.

[Livemaker]

Я тут кстати монстрика как раз и собрал, с хорошей фильтрацией и теплоотводом для силовых элементов. Это всё на тему Катаргина кр.говоря, как уже говорил.
Заметил что LMка заводилась без доп проходных емкостей на четвёртой и пятой ноге, пятую я тоже задействовал - удобно "мягко" отключать и включать питание одним нажатием тумблера.
Дроссель несколько десятков миллиГенри, брал с бухты барахты, с фильтра военной аппаратуры, кольца 2000НМ1, провод бифиляр 5 х 0,55 и не промахнулся. Тут видимо накопительный эффект взял своё.

Ты меня раздразнил на продолжение работы в направлении этого БП (хоть кто то откликнулся)
Пора делать 0(или как получится)...330В. Теоретически проблемм быть не должно. Дросель давно намотал - 100мГн, 4x0.45. Посмотрим, сколько вытянет.

Кстати КПД посчитай, возможно что не обрадуешься, возможно я не в курсе твоих вкусностей. Вот такие результаты чисто на одной LM - 44,485 Вт вход - 39 ВТ выход.
 КПД = 39 Вт х 100%/44,485 Вт = 87,67000112397437% и дроссель тот же - балда.

87% весьма неплохой результат. Максимум, чего удалось добиться при питании светодиодов освещения гаража - 92-93%.

[Николай Н.]

Кстати КПД посчитай, возможно что не обрадуешься, возможно я не в курсе твоих вкусностей. Вот такие результаты чисто на одной LM - 44,485 Вт вход - 39 ВТ выход.
 КПД = 39 Вт х 100%/44,485 Вт = 87,67000112397437% и дроссель тот же - балда.

87% весьма неплохой результат. Максимум, чего удалось добиться при питании светодиодов освещения гаража - 92-93%.
[/quote]

Очень неплохо.
Последний раз тут вспышка в несколько сот тысяч Люмин произошла, резкий перегрев - расплавились в шарики нити спиралей лампочки, ток очень большой был и время нарастания мгновенное. ток на время гр. говоря.
Ксати я тут не один кто ждёт твоих мыслей по поводу 0.....(почти) ....330.
Есть готовые стабилизаторы напряжения электронные. Латры электронные. Там ЭДС самоиндукции с Вольтдобавкой идёт. Неучто тоже самое?

[Livemaker]

Ксати я тут не один кто ждёт твоих мыслей по поводу 0.....(почти) ....330.
Есть готовые стабилизаторы напряжения электронные. Латры электронные. Там ЭДС самоиндукции с Вольтдобавкой идёт. Неучто тоже самое?

Неа, собираюсь применить принцип, который заложен в LM2576T. Глянув на структурную схему микросхемы, появляется возможность реализовать принцип на подручных элементах. Причём как на понижение напряжения, так и на повышение. Пока не буду замахиваться на универсальность (понижение/повышение), попробую (не обещаю) сделать нормальный, понижающий стабиллизатор напряжения/тока. Единственное, над чем думаю сейчас, какую гальваническую развязку применить для регуляторов (потенциометров) от высокого напряжения.

[Николай Н.]

Приветствую.
Тут вопрос назрел с твоим КПД 92%,  - какие ты используешь ферриты, это главное , какая индуктивность получилась? Сечение провода.
У нас тут мой коришь вообще больше 75 % никак не может получить, схемотехник очень хороший.
В общем по насыщению ферритов эксперимент он проводил, разной проницаемости и с разным количеством витков - чисто на практике. Получились лучшие результаты с жёлтыми зарубежными (имхо откудова ты), и с приличным количеством витков, проницаемостью около 1,5 миллиГенри.
У меня же с проницаемостью десятки миллиГенри и ферритом 2000НМ1. Фишка в добротности и сопротивлении переменному току.
Хотя исходя из теории - у каскада в микросхеме низкое выходное сопротивление, R около десятков ома, у дросселя на этих частотах оно может быть на несколько порядков больше эмиттерного каскада в сочетании с Q. Q от ферромагнетика дросселя зависит очень сильно в сочетании с количеством витков. Исходя из этих состовляющих у нас должна быть золотая середина - считай золотое сечение.
Насчёт твоих замашек на универсальность - согласен, что не обещаю и я, если не поставлю соотв. тумблер на один диод лишь.

[Николай Н.]

Тут мне странное сообщение пришло, немогу не удержаться от ответа. Якобы магнитная проницаемость безразмерна и является величиной соотв. безразмерной. Есть Мю и Эпсилон для Вакуума, из которых если их "вынуть" из под корня получится 377 Ом, хотя бы для начала подобных рассуждений.
Она есть у стали, феррита, и других имеющих "домены" материалов.
Немного я неверно её обозвал, безразмерность так сказать, для уже готовой индуктивности кстати, согласен, в торопях, но она не безразмерная. В среде магнитных доменов (материи) не может быть безразмерным ничего.
Всем кому может быть будет интересно, зная исходную индуктивность и количество витков на ферритовом кольце можно смело высчитывать любую индуктивность исходя из своих потребностей в нужной индуктивности или количества витков. Наивно но порой облегчает труды и упрощает при начальных замерах. Кстати по известной проницаемости и количеству витков по известным формулам довольно таки тяжело высчитать индуктивность, теоретически так сказать, лучше всё же мерять намотав хотя бы витков 20, для лучшей точности.