Лабораторный двухполярный блок питания


ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Не так давно возникла насущная необходимость собрать двуполярный блок питания (взамен внезапно сгоревшего) по простой схеме и из доступных деталей. За основу была взята схема, опубликованная ранее на этом же сайте.

Исходная схема

По ссылке существует подробное описание сути работы и настройки, поэтому останавливаться на этих моментах и тонкостях не стану.

Сначала была собрана исходная однополярная схема для пробы и поиска возможных ошибок, про которые писали некоторые собиравшие данную конструкцию. У меня всё сразу заработало нормально, возникли лишь вопросы с регулировкой тока ограничения и индикацией срабатывания этого ограничения. 

Поскольку исходная схема, как видно, разрабатывалась для выходных токов порядка 3 ампер и более, то и схема ограничения выходного тока соответствует этим заданным параметрам. Величина минимального тока ограничения определяется номиналом сопротивления R6, а с помощью переменного резистора R8 можно лишь несколоько увеличивать величину тока срабатывания защиты (чем меньше суммарное сопротивление резисторов R6 и R8, тем больше будет допустимый выходной ток). Светодиод VD6  служит для индикации работы блока питания и срабатывания защиты (при срабатывания защиты и ограничении тока на выходе он гаснет).

Далее была собрана аналогичная схема для напряжения отрицательной полярности — полностью аналогичная, лишь с заменой полярности включения электролитических конденсаторов, диодов (стабилитронов) и с применением транзисторов противоположной структуры (n-p-n / p-n-p). Обозначения элементов «минусового» плеча оставлены такими же, как у «плюсового» для упрощения рисования схемы :-)

Новая схема БП

При изготовлении был применён валяющийся без дела трансформатор мощностью 60 ватт, с двумя вторичными обмотками по 28 вольт переменного напряжения и одной на 12 вольт (для питания дополнительных маломощных полезных устройств, например — кулера охлаждения радиаторов мощных транзисторов со схемой управления). Получившаяся схема приведена на рисунке.

Чтобы иметь возможность регулировать ваходной ток в широких пределах, вместо резисторов R6 и R8 в обоих плечах были применены наборы сопротивлений R6 — R9 и сдвоенный галетный преключатель на 5 положений. При этом резистор R6 определяет величину минимального тока ограничения, поэтому он включен в выходную цепь постоянно. Остальные же резисторы при помощи переключателя S1 подключаются параллелно этому R6, суммарное сопротивление уменьшается и выходной ток, соттветственно, увеличивается.

Резисторы R6 и R7  могут быть мощностью 0,5 ватт или более R8 — 1-2 ватта, а R9 — не менее 2 ватт (у меня стоят резисторы типа С5-16МВ-2ВТ и заметного их нагрева при нагрузке до 3 ампер не наблюдается). На схеме (рис.1) указаны значения выходных токов, при которых срабатывает защита и выходной ток даже при КЗ не превышает этих значений.

Здесь следует отметить, что индикация срабатывания защиты работает только при выходных токах более 3 ампер (то есть светодиод гаснет при сработке защиты), при меньших же токах светодиод не гаснет, хотя сама защита при этом срабатывает нормально, это проверено на практике.

Транзисторы Т1 (обозначение дано по исходной схеме, у меня это А1658 и КТ805) стоят без теплоотводов и практически вообще не нагреваются. Вместо А1658 можно поставить КТ837, например. Вообще, при сборке схемы мною пробовались самые разные транзисторы, соответствующие по структуре и мощности и всё работало без проблем. Переменный резистор R (сдвоенный, для синхронной регулировки выходного напряжения) применён советский, сопротивлением 4,7 кОм, хотя пробовались и сопротивления до 33 кОм, всё работало нормально. Разброс выходных напряжений по плечам составляет порядка 0,5-0,9 вольт, чего для моих целей, например, вполне достаточно. Хорошо бы, конечно, поставить сдвоенный переменник с меньшим разбросом сопротивлений, но таких пока нет под рукой...

Стабилитроны VD1 — составные, по два соединённых последовательно Д814Д (14 + 14 = 28 вольт стабилизации). Следовательно, пределы регулировки выходных напряжений получились от 0 до 24 вольт. Диоды выпрямительных мостов — любые, соответствующей мощности, я использовал импортные диодные сборки — KBU 808 без радиатора (ток до 8 А) и ещё одну маломощную, без обозначения (?), для питания кулера. 

На теплоотводы устаневлены только выходные регулирующие транзисторы КТ818, 819. Теплоотводы небольшие, что определено габаритами корпуса (по размеру он как БП от компа), поэтому потребовалось сделать дополнительное принудительное их охлаждение. Для этих целей был использован небольшой кулер (от системы обдува процессора старого компьютера) и простая схема управления, всё это питается от отдельной обмотки трансформатора, которая там оказалась весьма кстати.

В качестве термодатчика был использован германиевый транзистор типа МП42 (большие залежи остались и девать некуда. Оказалось, что замечательно работают в качестве термодатчиков!) Схема простая и понятная, в особом описании не нуждается. База транзистора-термодатчика никуда не подключается, этот вывод можно просто откусить, желательно только не своими зубами, а то стоматология нынче дорогое удовольствие!

Корпус этого транзистора металлический, поэтому его необходимо изолировать, например, трубкой-термоусадкой и расположить как можно ближе к теплоотводам выходных транзисторов. Температуру, при которой запускается кулер, можно регулировать подстроечным резистором (сопротивление может быть от 50 до 250 кОм). Максимальный ток и скорость вращения кулера определяются гасящим резистором в цепи питания. У меня это сопротивление 100 Ом (подбирается экспериментально, в зависимости от напряжения питания и тока потребления кулера).

Блок питания, собранный по данной схеме, неоднократно был испытан с нагрузкой во всём диапазоне выходных напряжений и токах от 30 мА до 3,5 ампер и показал свою полную работоспособность и надёжность работы. При токах более 2 ампер применённый трансформатор грелся довольно сильно из-за недостаточной его мощности, в остальном же схема вела себя вполне адекватно.

Есть возможность увеличить выходной ток нагрузки более 3-4 ампер, если использовать соответствующей мощности трансформатор и выходные (регулирующие) транзисторы, возможно применить параллельное включение нескольких мощных транзисторов. Схема не требует особой наладки и подбора компонентов, при изготовлении можно использовать практически любые транзисторы с коэффициентом усиления 80-350. Специально для сайта Радиосхемы, автор - Андрей Барышев

   Форум по блокам питания

   Обсудить статью ПРОСТОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БП С РЕГУЛИРОВКАМИ

Регулируемый двухполярный источник питания

О том, что такое двухполярное питание – написаны целые трактаты, от 2 абзацев до статьи длинной в 40 листов, поэтому мы не будем расписывать здесь эти подробности, отметим лишь самые важные моменты. Данный тип питания чаще всего применяется измерительной технике и различной аналоговой аппаратуре, особенно в аудио и видео – причина этого довольно проста: многие сигналы, которые надо измерять и обрабатывать имеют не только положительное значение, но и отрицательное, в соответствии с порождающим их неэлектрическим физическим явлением. Ярким примером такого явления являются звуковые волны, которые раскачивают мембрану динамического микрофона, порождая в катушке ток, направление которого показывает положение этой самой мембраны относительно точки покоя. Следовательно, схема обработки такого сигнала должна нормально работать при любом знаке напряжения на входе. Таких схем реализовано огромное множество, но многим из них требуется двухполярное питание.

Опять же, существует огромное количество всевозможных схем для получения двухполярного питания - от примитивных, до весьма нестандартных, использующих совершенно неочевидные схемотехнические решения. Рассматривать преимущества абстрактных схем и решений, вних примененных, можно бесконечно долго, а наилучшего варианта попросту не существует, т.к. в каждом конкретном случае существуют определенные требования (в том числе и наличие необходимых компонентов на текущий момент времени), которые и определяют конечный вариант сборки устройства.

Выбор схемы двухполярного источника питания

С учетом вышеизложенного, соберем небольшой регулируемый стабилизированный двухполярный источник питания для использования в лабораторных условиях при наладке маломощных усилителей низкой частоты, измерительных схем, содержащих в себе операционные усилители, и других устройств, по тем или иным причинам требующих двухполярного питания. Добавим, что данный источник должен иметь низкий уровень собственных шумов и как можно более низкую пульсацию выходного напряжения. Дополнительно требуется, чтобы он был достаточно надежным и мог пережить подключение к нему некорректно собранного устройства. Также хотелось бы сделать его в виде универсального модуля, который можно было бы использовать для быстрого макетирования новых конструкций или временно установить его в устройство, для которого еще не изготовлен окончательный вариант блока питания. Определив ТЗ можно перейти к подбору схемы будущего устройства.

Все схемы преобразователей однополярного питания в двухполярное, наподобие приведенных на Рис. 1, мы не рассматриваем, т.к. их применение возможно только со строго определенной нагрузкой. Так, например, в случае возникновения короткого замыкания в цепи, подключенной к одному из плеч – возникнет непредсказуемый перекос напряжений или токов, который в свою очередь может привести к выходу из строя и источника, и исследуемой схемы.

Рис. 1 - Неподходящие схемы преобразователей

Отличнейшая схема преобразования однополярного питания в двухполярное, но, увы, без регулировки выходного напряжения приведена в журнале «Радиоаматор» № 6 за 1999 год:

Рис. 2 - Схема преобразования однополярного питания в двухполярное без регулировки выходного напряжения

В экстренных случаях можно смело рекомендовать ее к повторению, но для нашей задачи она не подходит.

Сразу же отбросим идею простого импульсного источника, т.к. при использовании простейших схем, которые содержат минимальный набор компонентов – источник получается очень шумным, т.е. на выходе у него присутствует довольно много шумов и разного рада помех, от которых не так-то просто избавиться.

Рис. 3 - Схема из книги «500 схем для радиолюбителей. Источники питания», автор А.П. Семьян

При этом для питания УНЧ на микросхеме TDA – это отличный вариант, а вот для микрофонного усилителя с большим коэффициентом усиления – уже не очень. К тому же, все равно придется делать отдельные узлы стабилизации и защиты от короткого замыкания. Хотя, если бы нам требовался источник мощностью от 150 Вт и более – построение импульсного блока питания с регулировкой, хорошей фильтрацией и встроенной защитой стало бы превосходным, да к тому же экономически выгодным решением.

Самым простым и надежным решением для нашей задачи будет использование трансформатора мощностью около 30 Вт с двумя обмотками или обмоткой с отводом от средней точки. Данные трансформаторы широко распространены на рынке, их легко найти в отжившей свой век аппаратуре, а в крайнем случае всегда можно домотать дополнительную обмотку на имеющийся в данный момент в наличии.

Рис. 4 - Трансформаторы

Так как нам нужен стабилизированный источник, то соответственно после трансформатора и диодного моста нам нужен некий регулируемый блок стабилизации напряжения с защитой от короткого замыкания (хотя защиту от замыкания можно добавить и после).

Следующим шагом бракуем все варианты стабилизаторов, собранные на дискретных элементах и состоящие из огромного числа деталей, как слишком сложные для поставленной задачи. К тому же, в подавляющем большинстве случаев они требуют тщательной настройки с подбором некоторых элементов.

Рис. 5 - Стабилизатор, собранный на дискретных элементах

Наиболее простым решением в нашем случае будет использование регулируемых линейных стабилизаторов, таких как LM317. Сразу же хочется предостеречь от в корне неверной идеи использования двух положительных стабилизаторов, включенных как показано ниже. Данная схема, хотя и может работать – функционирует некорректно и нестабильно!

Рис. 6 - Схема с использованием двух положительных стабилизаторов

Соответственно, придется использовать «комплементарный» регулируемый стабилизатор LM337. Плюсом обоих стабилизаторов является встроенная защита от перегрева и короткого замыкания на выходе, а также простая схема включения и отсутствие необходимости в настройке. Подсмотреть типовую схему включения данных стабилизаторов можно в даташите от производителя:

Рис. 7 - Типовая схема включения стабилизаторов LM337

Немного доработав ее, получим итоговый вариант модуля регулируемого двухполярного источника питания, собирать который мы будем по следующей схеме:

Рис. 8 - Схема модуля регулируемого двухполярного источника питания

Схема кажется сложной из-за того, что мы отметили на ней все рекомендуемые детали обвязки, а именно шунтирующие конденсаторы и диоды, служащие для разряда емкостей. Дабы убедиться в необходимости установки большинства из них – можно снова обратиться к даташиту:

Рис. 9 - Схема обвязки из datasheet

Мы добавили еще несколько элементов, чтобы еще больше защитить наш стабилизатор и максимально сгладить все пульсации и выбросы напряжения на выходе.

Для упрощения изготовления, а именно - уменьшения количества операций, необходимых для сборки применим технологию поверхностного монтажа, т.е. все детали в нашей конструкции будут SMD. Еще одним важным моментом будет тот факт, что в нашем модуле не будет сетевого трансформатора, его мы сделаем подключаемым. Причина кроется в том, что при большой разнице между питающим и выходным напряжениями, и работе с максимальным током, разницу между подводимой и отдаваемой в нагрузку мощностями необходимо рассеивать на регулирующих элементах нашей схемы, а конкретно – на интегральных регуляторах. Максимальная рассеиваемая мощность для таких стабилизаторов и так невелика, а при использовании SMD-корпусов становится еще меньше, и в результате максимальный ток подобного стабилизатора, работающего с разницей между входным и выходным напряжениями в 20 В, легко может опуститься до 100 mA, а этого для наших задач уже недостаточно. Решить эту проблему можно уменьшив разницу между этими напряжениями, например, подключив трансформатор с напряжениями вторичных обмоток наиболее близкими к тому, которое требуется в данный момент.

Подбор компонентов

Одним из сложных моментов реализации нашей идеи внезапно оказался подбор интегральных стабилизаторов в нужном корпусе. Несмотря на то, что мне было достоверно известно об их существовании во всех возможных SMD-корпусах, просмотр даташитов различных производителей не позволял найти точной маркировки, а поиск по параметрам у нескольких глобальных поставщиков показывал лишь отдельные варианты, и чаще всего различных производителей. В итоге, искомая комбинация в корпусах SOT-223, к тому же из одной серии, обнаружилась на сайте Texas Instruments: LM337IMP и LM317EM:

Рис. 10 - Интегральные стабилизаторы LM337IMP и LM317EM

Стоит отметить, что различных пар, состоящих из разнополярных стабилизаторов напряжения можно подобрать великое множество, однако производителем рекомендована пара из стабилизаторов одной серии. Оба стабилизатора обеспечивают максимальный ток до 1 A при разнице между входным и выходным напряжением до 15 В включительно, однако номинальным током, при котором стабилизатор гарантированно не уходит в защиту по перегреву можно считать 0,5-0,8 А. Тока в 500 mA в тех приложениях, для которых мы строим данный стабилизатор более чем достаточно, поэтому будем считать задачу по подбору стабилизаторов выполненной.

Перейдем к остальным компонентам.

Диодный мост – любой, с номинальным током 1-2 А. на напряжение не менее 50 В, мы использовали DB155S.

Электролитические конденсаторы в данной схеме применимы практически любые, с небольшим запасом по напряжению. Подбор осуществляется исходя из следующих соображений: так как размах питающего напряжения, которое нам требуется не превышает 15 В, а рекомендуемый максимум для стабилизаторов составляет 20 В – конденсаторы на 25 В имеют запас минимум в 25%. Все электролитические конденсаторы необходимо зашунтировать пленочными или керамическими с номиналами согласно схемы, на напряжение не менее 25 В. Мы использовали типоразмер 0805 и тип диэлектрика X7R (можно применить NP0, а Z5U или Y5V – не рекомендуются из-за плохих ТКС и ТКЕ, хотя в отсутствие альтернативы – подойдут и такие).

Резисторы постоянного номинала – любые, в делителе напряжения, отвечающем за напряжение стабилизации лучше применить более точные, с допуском в 1%. Типоразмер всех резисторов -1206, исключительно для удобства монтажа, однако можно смело применять 0805. Подстроечный резистор номиналом в 100 Ом – многооборотный, для точной регулировки (используется 3224W-1-101E). Резистор, применяющийся для регулировки выходного напряжения - номиналом в 5 КОм, любой имеющийся, мы взяли 3314G-1-502E под отвертку, но можно применить и переменный резистор для монтажа на корпус, соединив его с платой стабилизатора проводами. Диоды желательно применять быстродействующие, на ток не мене 1 А и напряжение от 50 В, например HS1D.

Светодиодный индикатор включения рассчитан по следующему принципу: ток через стабилитрон при самом большом напряжении на входе не должен превысить 40 mA, при подаче на вход напряжения до 30 В, номинал токоограничивающего резистора будет равен 750 Ом, для надежности лучше применить 820 Ом. Подавать на стабилизаторы напряжение меньше чем 8 В на плечо бессмысленно (т.к. во внутренней структуре микросхемы присутствуют стабилитроны на 6,3 В), таким образом при напряжении в 16 В ток через стабилитрон будет составлять 20 mA, а через подключенный параллельно ему светодиод – порядка 8 mA, чего будет достаточно для свечения SMD-светодиода. Стабилитрон любой, на напряжение стабилизации 3,3 В (применен DL4728A), и соответственно токоограничивающий резистор для светодиода в 150 Ом для обеспечения его продолжительной работы при максимальном токе через стабилитрон.

Изготовление устройства

Рисуем печатную плату нашего устройства, особое внимание обращая на контактные площадки для крупных SMD-конденсаторов. С ними может возникнуть следующее затруднение – базово они предназначены для пайки в печи, т.е. припаять их снизу, особенно маломощным паяльником довольно сложно, однако выводы конденсатора доступны сбоку и можно прочно припаять его при условии, что толщина подходящих к нему дорожек будет достаточной для обеспечения механической прочности соединения. Также, немаловажным является тот факт, что положительный и отрицательный стабилизаторы имеют разную цоколевку, т.е. просто отзеркалить одну половину печатной платы при разводке не получится.

Рисунок печатной платы переносим на предварительно подготовленный кусок фольгированного стеклотекстолита, и отправляем его травиться в раствор персульфата аммония (или другого подобного реагента на ваш выбор).

Рис. 12 - Плата с перенесенным рисунком + травилка

После того как плата была вытравлена, удаляем защитное покрытие и наносим на дорожки флюс, лудим их для защиты меди от окисления, после чего начинаем припаивать компоненты, начиная с наименьшего по высоте. Особых проблем возникнуть не должно, а к возможным трудностям с SMD-электролитами мы подготовились заранее.

Рис. 13 - Плата после травилки + наносим флюс + лужение

После того как все компоненты припаяны, а плата омыта от флюса необходимо подстроечным резистором в 100 Ом отрегулировать напряжение на отрицательном плече, чтобы оно совпало с напряжением на положительном плече.

Рис. 14 - Готовая плата

Рис. 15 - Регулировка напряжения на отрицательном плече

Испытания собранного устройства

Подключим к нашему стабилизатору трансформатор и попробуем нагрузить оба его плеча, и каждое из плеч независимо друг от друга, попутно контролируя токи и напряжение на выходах.

Рис. 16 - Первое измерение

После нескольких попыток произвести измерения на максимальном токе, стало понятно, что малюсенький трансформатор не в состоянии обеспечить ток в 1,5 А, и напряжение на нем проседает больше чем на 0,5 В, поэтому схема была переключена на лабораторный источник питания, обеспечивающий ток до 5 А.

Все работает в штатном режиме. Данный регулируемый двухполярный источник питания, собранный из качественных компонентов, благодаря своей простоте и универсальности, займет достойное место в домашней лаборатории или небольшой ремонтной мастерской.

Измерения и пуско-наладочные работы проводились на базе испытательной лаборатории АО «КППС», за что им отдельное спасибо!

Регулируемый двухполярный блок питания

РАДИО для ВСЕХ - Лаборат. 2-х полярный БП

Лабораторный двухполярный блок питания с раздельной регулировкой напряжения от 0 до 30В по каждому каналу и уровнем ограничения по току от 0 до 2А с индикацией режима ограничения

ВНИМАНИЕ!!! Входное напряжение постоянного тока от 14 до 35 В. Эксперимент показал, что при Uвх=35В максимальные выходные токи для указанных на схеме транзисторов составляют: при Uвых=3В/Iвых=0,2А; при Uвых=30В/2А поскольку мощность рассеиваемая коллектором 2Вт без радиатора и порядка 8Вт с радиатором. Увеличить выходные токи можно применив транзисторы TIP147/TIP142 или можно уменьшить входное напряжение. Можно применить переключение отводов вторичной обмотки трансформатора, т.е. можно сделать несколько отводов. Но Uвх=35В это максимум! Блок питания отлично работает при Uвх порядка 24В, поэтому я рекомендовал бы использовать его при входных напряжениях не более 24В ;-( (это моё мнение и может не совпадать с авторами схемы)

Печатные платы с маской и маркировкой:

Лабораторный двухполярный стабилизированный блок питания с раздельной регулировкой напряжения в диапазоне от 0 до 30 В и тока в диапазоне от 0 до 2 А с функцией ограничения тока и индикацией режима ограничения по току для каждого канала. Диапазон входных напряжений от 14 до 35 В. Плата выполнена таким образом, что переменные резисторы можно закрепить непосредственно на передней панели блока питания при помощи штатных гаек переменных резисторов, расстояния между переменными резисторами выбраны с учётом удобства эксплуатации. Между переменными резисторами канала 30 мм, а между крайними переменными резисторами каналов 40 мм, что очень удобно, в отличие от предлагаемых на рынке. Возможные места установки монтажных стоек приведены на фотографиях ниже (стойки и радиатор в комплект набора не входят и при необходимости заказываются отдельно). Подключение выполняется через винтовые клеммники.

Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: временно закончились

Стоимость набора для сборки блока питания: временно отсутствует в продаже

Краткое описание, комплектация и схема здесь >>>

Стоимость собранной и настроенной платы блока питания без радиатора: временно отсутствует в продаже

Всем кто хочет купить платы, наборы или готовые блоки просьба обращаться сюда >>>

РадиоКот :: Двухканальный управляемый лабораторный блок питания

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форумеРадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Теги статьи: Добавить тег

Двухканальный управляемый лабораторный блок питания

Для питания своих устройств длительное время пользовался зарядкой от ноутбука, зарядками для телефонов и простейшим регулируемым блоком питания, переделанным из “дежурки” ATX.

Потребность в хорошем лабораторном блоке питания ощущалась всегда, при этом хотелось сделать его самостоятельно.

В конце концов, вооружившись схемами лабораторных блоков питания из интернета, мне удалось разработать схему, прошивку и собрать блок питания, который служит безотказно вот уже более года. Результат полностью удовлетворил мои нужды.

Далее попытаюсь вжать в с статью то, что делалось почти два года с перерывами.

Итак, разработка началась с постановки задачи, все пункты которой в итоге оказались выполнены на 100%:

  • двухканальный блок питания. Каналы независимые. Можно соединять последовательно для получения двухполярного или повышенного напряжения. Есть режим синхронизации установки параметров;
  • диапазон регулировки напряжения: 0 - 25В;
  • диапазон регулировки тока: 10мА - 3А. Нижний предел в 10мА желателен для проверки светодиодов, стабилитронов;
  • режимы отсечки и ограничения тока. При КЗ в режиме ограничения тока напряжение должно опускаться до нуля. Ограничение тока должно отрабатывать в пределах 1мс;
  • уровень пульсаций напряжения меньше 50мВ;
  • точность установки напряжения - до 100мВ;
  • точность установки тока - до 10мА;
  • отображение текущего измеренного напряжения и тока ( 4 разряда ) на 7-ми сегментных светодиодных индикаторах. Эти индикаторы отлично читаются при любом освещении и угле зрения;
  • малогабаритный пластмассовый корпус Z2W 70x150x180;
  • управление каналом одним энкодером
  • общая кнопка включения/отключения питания;
  • автоматическая регулировка скорости вентилятора и аварийное отключение при превышении температуры;
  • высокий КПД и низкое тепловыделение, желательна работа без принудительного обдува;
  • первичный источник должен иметь достаточный запас по мощности, чтобы выдавать ток 3А на всём диапазоне регулировки напряжений;
  • по максимуму использовать имеющиеся детали от компьютерных блоков питания, материнских плат, энергосберегающих ламп, радиоуправляемых игрушек;
  • схема может использовать большее количество деталей, чем необходимо, если они есть в наличии или очень дёшевы;
  • баланс в сторону простоты схемы, а не получения экстраординарных характеристик.

В качестве вдохновения выступал блок питания от ноутбука, который при своих габаритах и полном отсутствии охлаждения способен выдавать 200Вт!

 

Общий вид БП показан на диаграмме. Первичный источник питания с двумя гальванически развязанными выходами подаёт питание на два идентичных контроллера каналов. Контроллеры подключаются к блоку индикации, каждый к своему. Оба блока индикации находятся на лицевой плате, но они не связаны гальванически. Общая кнопка включения присоединяется к первому каналу.

Гальваническая развязка измерительных модулей сама по себе является непростой задачей. Для упрощения схемы был выбран другой путь: каналы управляются полностью одинаковыми модулями, каждый на своём отдельном микроконтроллере. Связь между модулями осуществляется через UART интерфейс, развязанный с помощью оптопар. Оба канала - равноправные, осуществляют двухстроннюю коммуникацию для синхронизации параметров и для аварийного отключения.

Далее рассмотрим все модули подробней.

В качестве первичного источника питания используется нерегулируемый импульсный источник питания 2x38В.Вариант с трансформаторным источником сразу отпал по нескольким причинам. Во-первых, в рамках поставленной задачи для такого трансформатора попросту нет места. Во-вторых, готового трансформатора у меня не было, а стоят они дорого. Зато у меня есть целая куча неисправных ATX блоков питания, из деталей которых можно изготовить миниатюрный мощный первичный источник.

Схема на микросхеме IR2153 была выбрана из-за своей простоты. Кроме того, в ней используется готовый трансформатор из БП ATX, которые я пока не научился правильно рассчитывать и мотать.

Однако, схемы на IR2153, которых полно в интернете, слишком упрощены. Схема со всеми “лишними” деталями показана ниже:

Рассмотрим схему подробно.

Все детали для входной части схемы ( X-конденсатор, позистор, дроссель, диоды, силовые конденсаторы) выпаиваются из любого ATX БП.Далее идет контроллер IR2153, который управляет двумя силовыми ключами IRF840, образуя прямоходовой преобразователь, работающий на частоте ~32 кГц.Обмотка L3 служит для питания контроллера в рабочем режиме. В упрощенных схемах контроллер питается через резистор R5, но в этом случае на нём выделяется ~2Вт тепла, что в нашем корпусе неприемлемо. В этой схеме R5 наоборот максимально увеличен, запуск блока происходит через ~3 секунды после включения из-за ожидания заряда C5, но зато потом ничего не греется.

Силовой трансформатор TR2 - из БП ATX на 200Вт, с доработкой.

Для получения 38В, необходимо распустить “косу” и соединить последовательно 3 обмотки 5В и обмотки 12В, получив 2 независимые обмотки на 38В. Типичная схема соединений в трансформаторе ATX БП показана ниже:

Главное - не перепутать направление намотки!Далее, сверху наматывается обмотка питания проводом МГТФ минимального диаметра:

Далее трансформатор изолируется, а сверху делается короткозамкнутый виток из медной фольги, как показано выше.

Выходная часть схемы представляет собой 2 независимых полномостовых выпрямителя.Диоды подойдут FR302 из ATX БП. Дроссели тоже:

Конденсаторы на 50V придётся докупить.

Отводы 12В планировались для питания микроконтроллеров каналов, но в финале пришлось от них отказаться, так как под выпрямительные диоды и конденсаторы просто не хватило места. Зато схема контроллера стала более универсальной - требует только 38...40В.

Как видно, в схеме нет обратной связи. По сути, она представляет собой электронный трансформатор. Выходное напряжение будет снижаться при увеличении нагрузки, с 38В до 28В при 3А на канал.

  1. От внешнего источника питания подаем 12В на ножки 1(+) и 4(-) микросхемы (к сети не подключаем!) Убеждаемся, что на затворах обоих транзисторов присутствуют прямоугольные импульсы ~32кГц. Подбираем R4C4, чтобы получить эту частоту.
  2. Вместо резистора R5 впаиваем резистор 47кОм 2Вт. Выпаиваем резистор R13 (отключаем самопитание). Включаем источник в сеть через лампу 100Вт. Нагрузка не должна быть подключена. Лампа должна вспыхнуть на секунду и погаснуть. Через 5 секунд отключаем от сети и убеждаемся, что никакие детали не нагрелись. Если лампа горит - где-то к.з. Если лампа мигает - проверить цепь питания микросхемы ( ножки 1,4), проверить на замыкание выходной выпрямитель.
  3. Включаем в сеть и аккуратно замеряем напряжение на ножках 1,4. Оно должно быть в пределах 10-15.6В.
  4. Нагружаем выход выпрямителя обмотки самопитания резистором 1.2кОм. Включаем и замеряем напряжение. Выключаем и доматываем витки для получения 16.5-17.5В.
  5. Резистор R5 заменяем на 300кОм, впаиваем резистор R13. Проверяем работу схемы с самопитанием.
  6. Убираем лампу и проверяем работу схемы под нагрузкой в длительном режиме.

Отдельно нужно рассмотреть вопрос подавления помех, или “зачем нужны все эти лишние детали”.В любом импульсном блоке питания присутствуют высокочастотные пульсации. Для того, чтобы пульсации не шли в сеть и не вызывали радиоизлучение, на входе установлен фильтр TR1C1.

В любом трансформаторе присутствует паразитная емкость между обмотками. Существуют приемы намотки трансформатора для её уменьшения, но она всё равно всегда есть. Импульсы в первичной обмотке попадают во вторичную цепь, в результате чего потенциал вторичной цепи “взлетает” относительно нейтрали на сотни вольт. Во вторичной цепи возникают наводки. Это синфазные помехи - они идут как бы одновременно по двум проводам, их не могут отфильтровать сглаживающие фильтры L1C9, L2C10.Для борьбы с синфазными помехами внутри блока питания применяют так называемые Y-конденсаторы. Обычно устанавливается один конденсатор между минусами “горячей” и “холодной” частей, на котором замыкаются высокочастотные помехи. При этом на низкой частоте конденсатор остаётся изолятором.

Особенность конструкции Y-конденсатора гарантирует, что при выходе из строя он не уйдёт в пробой, и сетевое напряжение не попадёт во вторичную цепь. Поэтому нужно применять только конденсаторы с обозначением “Y”, а не просто высоковольтные.

В нашем случае всё несколько сложнее: мы планируем соединять выходы последовательно в разные конфигурации. Поэтому в схеме установлены несколько Y конденсаторов, соединяющихся в некой виртуальной точке, к которой также подключается металлический экран (жестяной корпус).

Короткозамкнутый виток трансформатора (медный экран) подключается к “-” горячей части! (исток Q2).

Подробнее о синфазных помехах можно узнать в статье [3.7] [3.10].

На “холодной” стороне для сглаживания пульсаций и фильтрации помех применяются простой LC-фильтр, шунтирование диодов керамическими конденсаторами и шунтирование электролитов танталовыми конденсаторами. Далее у нас будут ферритовые кольца - но об этом позже.

К сожалению, знания добывались в процессе, поэтому плата не финальная.

Изменения делались навесным монтажом, в частности - добавление обмотки питания контроллера и допаивание Y-конденсаторов.

Как допаивались Y-конденсаторы - вообще страшно показывать :)

Алюминиевые радиаторы в виде пластин толщиной 3мм прикручиваются к силовым ключам и диодным сборкам через изолирующие прокладки (взятые из тех же ATX БП).После тестирования, блок помещается в жестяной корпус, выпиленный из корпусов ATX БП и CD-ROM.

Важно обеспечить большое количество вентиляционных отверстий. К сожалению, трансформатор от ATX БП рассчитан с учетом принудительного охлаждения, поэтому ощутимо нагревается даже в холостом режиме. Также будут нагреваться выходные диоды под нагрузкой.

Для достижения всех поставленных целей (высокий КПД, низкий нагрев, быстрая реакция на ограничение тока ) применяется линейный регулятор с импульсным предрегулятором.

Отдельно взятый линейный регулятор потребовал бы огромного радиатора, так как все излишки мощности выше выставленного напряжения должны рассеиваться на регулирующем транзисторе, а она может достигать 150Вт.

Отдельно взятый импульсный стабилизатор, напротив, не может обеспечить быструю реакцию на ограничение тока, так как частью выходного фильтра является конденсатор большой емкости.

Используя предрегулятор, выдающий напряжение на 1.2В выше требуемого, мы не рассеиваем энергию в тепло, а на транзисторе линейного регулятора выделяется так мало энергии, что он может работать с минимальным радиатором даже на 3А.

За основу схемы линейного регулятора взята часть схемы блока питания под авторством Koyodza. Все её преимущества описаны в статье [2.12]. Мне она понравилась за простоту и стабильность работы при ограничении тока.

Рассмотрим элементы схемы подробно.

Импульсный предрегулятор построен на контроллере TL494 - “сердце” большинства ATX БП. Выходное напряжение предрегулятора задается сигналом OUT_SENSE - напряжением на выходе БП. Оно сравнивается с сигналом PRE_SENSE - напряжением на выходе предрегулятора, заниженным на ~1.2В за счёт падения на диодах D7, D11 (оба сигнала уменьшены в ~10 раз резистивными делителями). Таким образом, напряжение на выходе предрегулятора поддерживается примерно на 1.2В выше, чем на выходе БП.

На этом этапе разработка сильно затормозилась, почти до полного отчаяния - не удавалось побороть осцилляцию БП. Пришлось изучать довольно обширную тему стабильности обратной связи, моделировать в LTSpice! [3.11 - 3.17].

Напряжение на предрегулятор подаётся с первичного источника через дроссель на плате фильтрации и проходит через импровизированный предохранитель FU1, который представляет собой перемычку проводом ~0.05 прямо между дорожками платы.

Дроссель L1 мотается на кольце от дросселя групповой стабилизации из ATX БП проводом диаметром 1мм до заполнения.

Дроссель L3 - готовый дроссель с линии 12В из ATX БП.

Линейный регулятор взят у Koyodza почти без изменений. Поправлены номиналы компонентов для улучшения стабильности после моделирования схемы в LTSpice. Добавлен диод D5, не позволяющий аккумулятору, подключенному к БП, питать БП после выключения. Изменены коэффициенты усиления, чтобы привести сигналы на выходах U1D U1A и входах U1B, U1C к диапазону 0...3.6В, соответствующие характеристикам БП 25В/3А (3.6В - максимальное выходное напряжение LM324 при питании от 5В)..

Цифровая часть контроллера канала построена на микроконтроллере ATMega328p.

Питание 5В для микроконтроллера получается тоже связкой импульсный предрегулятор + линейный регулятор, так как LM7805 не выдерживает ни 38В входного напряжения, ни падения 33В при 0.1А.

Импульсный предрегулятор построен на микросхеме MC34063. Он опускает напряжение до 7В, а дальше работает LM7805.LM7805 бывают разные, с tolerance от 0.5 до 5%. Так как от стабильности питания микроконтроллера, который задает опорные напряжения, зависит точность всего БП, лучше взять стабилизатор поточнее, например LM7805CV.

Уже в процессе наладки сделал для себя открытие, что MC34063 - не ШИМ, а релейный регулятор. Если ключ открылся - компаратор напряжения уже не может его закрыть до конца импульса. Из-за этого при большом перепаде напряжений (38->5В) на выходе получаются большие пульсации, которые можно немного уменьшить только увеличением частоты до предела - 100КГц(таким образом уменьшив длину импульса). Выход предрегулятора приходится фильтровать дополнительным дросселем L7. О том, как еще уменьшить высокочастотные пульсации в данной связке, можно послушать здесь[3.3].

Гантельки для дросселей L6 и L7 добываются от балластов КЛЛ.

Микроконтроллер формирует опорные напряжения с помощью ШИМ. Сигналы сглаживаются двухкаскадными фильтрами R33R34C17R35C18 и R36R37C19R38C20. Применяется ШИМ на 4096 отсчетов, что теоретически позволяет устанавливать напряжение и ток с дискретностью 25/4096=0,0061В, 3/4096=0,0007А.

Для измерения напряжения и тока применяется встроенный АЦП, что позволяет измерять напряжение и ток с точностью 25/4096/3.6*5=0,0084В и 3/4096/3.6*5=0,001А если повезёт(применяется оверсамплинг до 4096 -16 измерений с усреднением на 4), где 3.6 - максимальное напряжение на выходе LM324, 5 - опорное напряжение АЦП.

Обычно я делаю много изменений в процессе разработки, как результат у меня обычно нет финальной печатной платы. Но в данном случае, плата была переработана под второй контроллер и она содержится в архиве.

Плата первой версии в процессе разработки:

Как видно, некоторые проводники нужно усилить медным проводом 1mm^2 для улучшения общей точности и стабильности БП.

На этапе настройки контроллера разработка сильно затормозилась почти до полного отчаяния - не удавалось побороть осцилляцию БП. Пришлось изучать довольно обширную тему стабильности обратной связи, моделировать в LTSpice [3.11 - 3.18].

Расчет стабильности осуществляется по методике, описанной в [3.18].

Стабильность линейного стабилизатора в режиме стабилизации напряжения:

Crossover frequency = 7kHzPhase margin = 84oGain Margin = 26dB

Очень хорошие показатели.

Стабильность линейного стабилизатора в режиме ограничения тока:

Crossover frequency = 5kHzPhase margin = 79oGain Margin = 22dB

Стабильность связки пререгулятор + линейный стабилизатор, режим стабилизации напряжения:

 

 

 Crossover frequency = 7kHz Phase margin = 85o

Плата блока индикации прикручивается к передней панели корпуса Z2W. Передние стойки нужно удалить.

Блок индикации содержит две независимые схемы для каждого канала, в составе:

  • семисегментные индикаторы, RGB светодиоды состояния, светодиоды SYNC, CUTOFF, подключенные к сдвиговым регистрам 74HC595. Управляются по трём проводам;
  • энкодер;
  • клеммы
  • кнопка включения
  • переключатель включения 220B.

Кнопка включения и светодиоды SYNC, CUTOFF подключены к первому каналу.

Светодиод состояния - SMD 5050 из светодиодной ленты. Под него выпиливается “обманка” из оргстекла, чтобы он выглядел как обычный светодиод.

Качественных клемм красного цвета не нашёл - подкрасил лаком для ногтей.

Значительного снижения шумов в импульсном блоке питания можно добиться используя ферритовые бусинки [3.8] и синфазные фильтры ( Common mode Choke ) [3.5,3.9].

Все индукторы величиной 20uH в схеме контроллера - это SMD Ferrite beads:

Детали черного цвета, выпаиваются в огромном количестве из материнских плат и видеокарт, имеют нулевое сопротивление. Правила использования ferrite beads просты: не хотим, чтобы микроконтроллер зашумлял шину питания - питаем через ferrite bead! Не хотим, чтобы шум с шины питания попадал на операционник - питаем через ferrite bead! Не хотим, чтобы высокочастотные помехи попадали на затвор - ставим ferrite bead! Ну и ставим блокировочные конденсаторы по питанию с обеих сторон, естественно.

Для борьбы с синфазными помехами применяются Common Mode Choke:

Благодаря особой намотке [3.5], мы можем подавить синфазные помехи на выходе БП прямо перед клеммами.Кольца для таких дросселей добываются из старых CRT мониторов и принтеров - это те самые утолщения на проводах:

Мне лень было травить отдельную плату - фрезернул вручную:

Плата крепится бутербродом к лицевой панели, прямо на клеммы. Верхние индукторы подключаются между первичным источником и контроллерами - больше для них просто не нашлось места.

Блок питания подключается к компьютеру через USB интерфейс. Конвертор USBUART встроен в прибор. БП и компьютер гальванически развязаны.Общение с компьютером осуществляет мастер, он имеет два UART интерфейса. На подчиненном второй UART не распаиваетсся. Компьютер осуществляет общение с подчиненным через мастера.Реализован простой текстовый протокол (удобный для отладки), защищенный контрольными суммами.Второй UART в мастере реализован программно.

Скорость работы: UART1 - 9600, UART2 - 4800.

Модуль связи представляет собой готовый конвертер USB->UART и плату опторазвязки.

Я использую готовые модули на микросхеме Ch440G, так как они дёшевы, для них есть драйвера под все версии Windows, и нет шанса нарваться на заблокированную подделку.

 

Из модуля необходимо выпаять USB разъем и заменить его на “гребёнку”. Модуль вставляется сверху в плату опторазвязки.

Опторазвязка, построенная на оптронах PC817, позволяет общаться на скорости до 19200 бод.

Модуль устанавливается на задней стенке прибора с помощью крепления, распечатанного на 3D принтере.

Недостаток плотного монтажа - при любой поломке придется долго добираться до нужной платы. К счастью - у меня поломка случилась всего один раз - ушел в к.з. блокировочный конденсатор, перегорел предохранитель.

Заднюю крышку выпилял из алюминия толщиной 3мм - она служит радиатором для транзисторов линейных регуляторов. Крепятся к нему через изолирующие прокладки.Вентилятору внутри места не нашлось - немного торчит сзади.

Платы контроллеров каналов устанавливаются на стойках друг на другом.

Для силового транзистора предрегулятора нужно изготовить небольшой алюминиевый радиатор, отпилив часть радиатора от видеокарты. Также нужен небольшой ( пластинка 1см^2 ) радиатор на транзистор драйвера вентилятора. Радиаторы и дроссели слегка фиксируются герметиком к плате.

Первичный источник располагается посередине, все провода идут под ним.

Один датчик температуры проталкивается внутрь первичного источника, второй - прижимается к задней стенке поближе к транзисторам. Оба датчика подсоединяется к мастеру. К подчинённому датчики не подсоединяются, вместо сенсора TEMP1 устанавливается перемычка, чтобы контроллер работал в режиме подчиненного.

В качестве датчиков, кстати, работают какие-то германиевые диоды, Д9В, кажется:

В передней части корпуса, по бокам и сверху нужно сделать продольные вентиляционные отверстия длиной 2см - воздух должен проходить сквозь первичный источник, контроллеры и выходить сзади. 

Модуль USB-UART прикручивается к задней стенке. Стойки, крепление модуля USB-UART, крепление динамика, крепление датчика температуры на радиатор и решётку вентилятора печатал на 3D принтере.

Верхняя часть корпуса прикручивается двумя винтами М3 к алюминиевым стойкам с нарезанной резьбой.

Прошивка написана на CodeVisionAVR 2.05.В оба контроллера заливается одна и та же прошивка. Контроллер начинает работать как подчиненный, если вместо первого датчика температуры установлена перемычка.

Прошивку можно заливать через ISP разъем, но гораздо удобнее это делать через ПО на PC.Для этого в контроллеры записывается Bootloader, который реализует протокол программатора AVR910, на скорости 9600 для мастера и 4800 для подчиненного. Bootloader выбирает скорость в зависимости от наличия перемычки вместо датчика температуры.Для ручного перевода контроллера в режим бутлоадера, нужно зажать кнопку энкодера при включении устройства. Контроллер будет отображать букву P на верхнем индикаторе. Это может понадобиться для первой заливки прошивки в БП. В дальнейшем ПО для PC умеет автоматически переводить контроллеры в режим программирования, прошивка обоих контроллеров осуществляется через USB, не нужно разбирать устройство.

Мастер осуществляет туннелирование пакетов для обеспечения коммуникации PC с подчиненным, включая заливку прошивки. Реализация такой системы с минимальными затратами памяти - самая сложная часть прошивки. Подпрограммы коммуникации используют меньше 256 байт RAM, остальная память используется системой логирования.

БП умеет вести лог работы автономно. Лог можно посмотреть, запустив ПО для PC. Можно просматривать зарядные кривые аккумуляторов. Лог содержит 200 записей. Период логирования задается в настройках. При заполнении лога, период автоматически удваивается, лог ужимается, логирование продолжается.

Программное обеспечение написано в среде Flash Builder 4.6.

ПО позволяет увидеть индикаторы передней панели, задавать напряжения и токи, включать/выключать устройство.Основное применение ПО - обновление прошивки и настройка. Всё это можно делать и без ПО, но так намного удобнее.

Общее состояние блока питания отображают RGB светодиоды, расположенные над клеммами.В выключенном состоянии светодиод светит синим цветом.Верхний индикатор отображает установленное напряжение, нижний - установленное ограничение тока.Каждый энкодер управляет своим каналом. Для изменения напряжения необходимо нажать на кнопку энкода, при этом загорится точка в крайнем правом разряде на индикаторе напряжения. Ручка энкодера изменяет настройку.

Для изменения тока нужно нажать кнопку энкодера ещё раз. При этом загорается точка в крайнем правом разряде индикатора тока.

Светодиод “Sync” сигнализирует о включенном режиме синхронизации настроек. При этом изменение заданных напряжения или тока на одном канале сразу передается на другой канал.

Светодиод “Cutoff” сигнализирует о включенном режиме отсечки по превышению максимального тока.

Для включения блока питания нужно нажать кнопку “All On/Off”. Оба канала включаются и выключаются одновременно. Нет возможности отдельно управлять включением каналов. При срабатывании отсечки на любом канале отключаются оба канала одновременно.

Во включенном состоянии RGB светодиод светится зеленым цветом. Если сработало ограничение тока - красным цветом.

Верхний и нижний индикаторы отображают реальные измеренные значения напряжения и тока на клеммах.

Изменение настроек напряжения и тока осуществляется аналогично, но настроенные значения будут отображаться кратковременно во время изменения, при этом будет мигать точка в крайней правой позиции. После изменения настроек БП возвращается к показу измеренных значений.

Для входа в меню опций необходимо удерживать кнопку энкодера в течении 1 секунды.Переключение между пунктами меню - короткое нажатие на кнопку энкодера.

Поворот ручки энкодера изменяет настройку.

Таблица. Меню опций

В связи с тем, что это программируемый БП, измеренные значения могут отличаться от установленных на несколько младших разрядов вследствие малой точности встроенного АЦП, шунта, наволок, температурного дрейфа. Например, БП сформирует опорные напряжения для установки 5В на выходе, но измерительный модуль вследствие плохой калибровки или общей неточности БП будет отображать 4.98. Чтобы избежать такого “некрасивого” поведения, добавлены настройки dU и dI, которые задают максимальную разницу между выставленными и измеренными значениями, при которой применяется корректировка. Например, 5.00-4.98 => 2, при dU >= 2 измеренное напряжение будет отображаться как 5.00, при dU < 2 - как 4.98.

Для выхода из меню опций необходимо удерживать кнопку энкодера в течении 1 секунды.

После прошивки, установка и измерение напряжения и тока работают неточно. Блок питания необходимо откалибровать.Каналы калибруются независимо.

Таблица. Точки калибровки

 

Для входа в режим калибровки нужно удерживать кнопку энкодера в течении 5 сек.

Настройки сохраняются в EEPROM.

Кнопка On/Off включает или выключает оба канала.

Для выхода из режима калибровки нужно удерживать кнопку энкодера в течении 5 сек.

Калибровку удобнее проводить, используя ПО для PC, так как все параметры отображаются на экране.

Таблица. Меню калибровки.

Калибровка установки напряжения:

  1. установить ограничение тока на максимум;
  2. в пункте меню “Ure0” изменить значение PWM, чтобы на выходе блока питания было 0В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  3. в пункте меню “Ure1” изменить значение PWM, чтобы на выходе блока питания был 1В;нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  4. в пункте меню “Ure2” изменить значение PWM, чтобы на выходе блока питания было 20В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка установки ограничения тока:

  1. подключить к блоку питания амперметр и нагрузку сопротивлением 10...200 Ом;
  2. задать такое выходное напряжение, чтобы ток был равен 110...200мА;
  3. в пункте меню “Ire0” указать значение PWM, при котором блок питания ограничивает ток до 10мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  4. в пункте меню “Ire1” указать значение PWM, при котором блок питания ограничивает ток до 100мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  5. подключить к блоку питания амперметр и нагрузку сопротивлением 1...10 Ом;
  6. задать такое выходное напряжение, чтобы ток был равен 1.6...2А;
  7. в пункте меню “Ire2” указать значение PWM, при котором блок питания ограничивает ток до 1.5А; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка измерения напряжения:

  1. в пункте меню “U0” выставить выходное напряжение в 0В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  2. в пункте меню “U1” выставить выходное напряжение в 1В; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  3. в пункте меню “U2” выставить выходное напряжение в 20В;нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка измерения тока:

  1. подключить нагрузку 1...10 Ом;
  2. в пункте меню “I0” выставить ограничение тока на 10мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  3. в пункте меню “I1” выставить ограничение тока на 100мА; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек;
  4. в пункте меню “I2” выставить ограничение тока на 1.5А; нажать кнопку энкодера в течении 1 сек.

Калибровка температуры:

К сожалению, реализовать полностью пассивное охлаждение не удалось. Вентилятор должен вращаться всегда, на минимальной скорости, чтобы создавать хоть какой-то воздушный поток. К счастью, на минимальной скорости вентилятора вообще не слышно даже в полной тишине.

  1. В пункте Fan1 настраиваем минимальную скорость вентилятора. Это та скорость, на которой вентилятор уверенно стартует.
  2. В пункте Fan2 настраиваем максимальную скорость вентилятора (на вентилятор должно подаваться 12В)
  3. В пункте t1o1 указываем значение ADC с датчика, оставленного при температуре 20o
  4. В пункте t1o2 указываем значение ADC с датчика, нагретого феном до 70o
  5. В пункте t1o3 указываем значение ADC с датчика, нагретого до 80o
  6. Тоже самое проделываем для t2

В заключение приведу несколько осциллограмм.

12В, без нагрузки, нарастание напряжения при включении:

12В, нагрузка 1А, нарастание напряжения при включении:

12В, без нагрузки, спад напряжения при выключении:

12В, нагрузка 1А, спад напряжения при выключении:

5В, нагрузка 0.7А, уровень шума:

12В, нагрузка 1А, уровень шума:

25В, нагрузка 1.5А, уровень шума:

12В, ограничение тока 1А, короткое замыкание:

  • Добавить режимы заряда аккумуляторов. Я не уверен насчёт Li-Ion, но быстрый заряд SLA батарей можно реализовать точно.
  • Измерение малых токов. В схеме применяется шунт на 0.13Ом, так как он не должен греться на максимальном токе. Но на малых токах (меньше 50мА) напряжение на шунте слишком маленькое ~6мВ, чтобы его мог воспринять операционный усилитель LM324, у которого Offset Voltage составляет 5мВ. Мы немного улучшаем ситуацию, пробиасив усилитель с помощью R49, что позволяет отображать токи от 10, 20, 30, 40, 50мА, но все равно не дает возможность различать токи в несколько миллиампер. Да и сигнал с шунта, дойдя до усилителя, оказывается слишком зашумлен. Есть идея найти специализированный усилитель токового шунта и смонтировать его навесным монтажом прямо на шунте, подключив выход к свободной ноге - ADC7.

Видео с демонстрацией работы устройства:https://youtu.be/EF3L979mCus

Схемы, печатки (Proteus), прошивка (CVAVR 2.05), ПО (Flash Builder 4.6):

https://yadi.sk/d/5P4Np9qzvQ8j5

Первичные источники:

1.1. ИИП для новичковhttps://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=85106

1.2. Собираем импульсный БП. Блок питания на микросхеме KA2S0880 (как вариант вместо IR2153)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/03/

1.3. Импульсный блок питания (60Вт) (обратноходовый на UC3842)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/04/

1.4. Импульсный блок питания мощностью 200 Вт для УМЗЧ (UC3825AN)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/33/

Лабораторные источники:

2.1. Лабораторный БП ( ATMega8, ОУ, TIP 121, не программируемый)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/14/

2.2. БП с микроконтроллерным управлением и регулировкой параметров при помощи энкодера (sonata)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/19/

2.3. Лабораторный с ОУ ( IRL530N, ОУ, монтажное И)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/21/

2.4. Цифровое управление лабораторным источником (stm32f100c4)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/22/

2.5. Встраиваемая универсальная плата управления лабораторными блоками питания ( КТ819 x 2 + KT817, КР572ПВ2 )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/24/

2.6. Блок питания 2x35V ( КТ818 x 2 + KT816, КР572ПВ2 )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/25/

2.6. Модуль индикации, защиты и управления для лабораторного блока питания (PIC)https://radiokot.ru/circuit/power/supply/32/

2.7. Надёжный,как автомат Калашникова ( Tip122, ATMega16, не программируемый )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/34/

2.8. Лабораторный Блок Питания на ATmega16 ( Atmega16, Tip 142, переключение обмоток )https://radiokot.ru/circuit/power/supply/37/

2.9. Простой И Доступный Бп 0...50В ( 2N3055+BD140, невозможно сделать программируемым)https://forum.cxem.net/index.php?showtopic=76820

2.10. Лабораторный блок питания на STM32F100https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=90037

2.11. Необычный блок питания на микроконтроллере. (ATMega16, LM2596)https://forum.easyelectronics.ru/viewtopic.php?f=16&t=4853

2.12. Лабораторный блок питания (koyodza)https://koyodza.embedders.org/powers.htmlhttps://caxapa.ru/190584.htmlhttps://caxapa.ru/191294.htmlhttps://caxapa.ru/342843.htmlhttps://caxapa.ru/194433.htmlhttps://caxapa.ru/277725.html

2.13. Лабораторный блок питания PSA2 (koyodza)https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=92885

2.14. Лабораторный БП PSL-3604(Леонид Иванович)https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=59168

2.15. Home Built Bench Power Supply V1 - Schematichttps://www.youtube.com/watch?v=x0fjSleInEw

2.16. Лабораторный источник питания на IGBT транзистореhttps://cxem.net/pitanie/5-273.php

2.17. 0-50V 2A Bench power supplyhttps://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.htmlhttps://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=2587

2.18. Fan noise level, poor qualityhttps://www.youtube.com/watch?v=-lq1YGAgJ0c

2.19. Китайский лабораторный источник питания DAZHENG PS-1502DDhttps://microsin.ru/content/view/1126/43/https://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=11898

2.20. Цифровой лабораторный блок питания с управлением через ПКhttps://mysku.ru/blog/russia-stores/34623.html

2.21. Sorensen DLM600 DC Power Supply Product Demohttps://www.youtube.com/watch?v=Ur-prMeM6NY

2.22. ЛАБОРАТОРНЫЙ БП С ИНДИКАЦИЕЙ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕhttps://elwo.ru/publ/skhemy_blokov_pitanija/laboratornyj_bp_s_indikaciej_na_mikrokontrollere/7-1-0-503

2.23. Блок питания 13,8 В/10 Аhttps://rudig.ru/categors/open_t/383

2.24. Лабораторный БП на TL431https://forum.cxem.net/index.php?showtopic=123103&st=0

2.25. Fully Programmable Modular Bench Power Supplyhttps://gerrysweeney.com/fully-programmable-modular-bench-power-supply-part-14/?wppa-occur=1&wppa-cover=0&wppa-album=7&wppa-photo=108

2.26. Обзор Korad KA3005Dhttps://www.youtube.com/watch?v=JMiOATzAT6Q

Теория:

3.1. Power Supplies: What is Slew Rate?https://www.youtube.com/watch?v=WA8Glt4K_bs

3.2. DIY Bench Power Supply Video serieshttps://www.youtube.com/watch?v=70dsAWBkXIM&list=PLDBuVMDVJaX2wCN84B5sjFMKDsMbsS7jq

3.3. Engineer It - How to test power supplies - Measuring Noisehttps://www.youtube.com/watch?v=pKXPqApOYfk

3.3. Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulatorhttps://www.youtube.com/watch?v=WxhjLIu-vPg

3.4. LM321/LM324 for current sensinghttps://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/t/244945

3.5. Common mode choke windinghttps://jeelabs.net/boards/7/topics/1094?r=1355

3.6. Советы по проектированию понижающих преобразователейhttps://www.compel.ru/lib/ne/2007/8/7-sovetyi-po-proektirovaniyu-ponizhayushhih-preobrazovateley/#rlcje

3.7. Сетевые фильтры и помехоподавляющие конденсаторыhttps://bsvi.ru/setevye-filtry-i-pomexopodavlyayushhie-kondensatory/

3.8. Ферритовые бусинкиhttps://tqfp.org/parts/ferrite-beads.html

3.9. Basics of Ferrite Beads: Filters, EMI Suppression, Parasitic oscillation suppression / Tutorialhttps://www.youtube.com/watch?v=81C4IfONt3o

3.10. Способы борьбы с помехами в импульсных блоках питанияhttps://www.xn--b1agveejs.su/radiotehnika/146-sposoby-borby-s-pomehami-blokah-pitaniya.html

3.11. Компенсация обратной связи в импульсных источниках питания часть 1.https://bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-v-impulsnyx-istochnikax-pitaniya-chast-1/

3.12. Компенсация обратной связи: практический подходhttps://bsvi.ru/kompensaciya-obratnoj-svyazi-prakticheskij-podxod/

3.13. Biricha Digital. Foundations (Part 1.A) - Understanding Bode Plots and Stability of Power Supplieshttps://www.biricha.com/articles/view/bode_plot_analysis_of_smps

3.14. Biricha Digital. Foundations (Part 1.B) - Frequency Response Measurement of the Plant, Compensator and Loop of our Switch Mode Power Supplyhttps://www.biricha.com/articles/view/frequency_response_measurement

3.15. Biricha Digital. Foundations (Part 1.C) - Understanding and Using Transfer Functionshttps://www.biricha.com/articles/view/transfer_functions_poles_zeros

3.16. h5621852 - Bode Plot Example and Interpretationhttps://www.youtube.com/watch?v=__WpViE9LKE

3.17. Stability 101 Whiteboard Series by Analog Devices, Inc.Stability 101: Loop Gain in Operational AmplifiersStability 101: Bode Plots and Operational AmplifiersStability 101: Decompensated Operational AmplifiersStability 101: Driving a Capacitive Load (Operational Amplifiers)Stability 101: Parasitic Capacitance in Operational Amplifiers

https://www.youtube.com/playlist?list=PLiwaj4qabLWwAenk99ONF2_JUjopeAXo4

3.18. Dynamic Electronic Load Project (EEVBlog)https://www.eevblog.com/forum/projects/dynamic-electronic-load-project

Все вопросы в Форум.

Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Смотрите также