Блоки питания с регулируемым напряжением и током - незаменимые помощники для любой радиолюбительской лаборатории. Они позволяют гибко настраивать питание различных устройств, не переплачивая за лишние функции готовых блоков питания.
Обзор типов блоков питания с регулировкой
Существует несколько основных типов блоков питания с регулируемым выходным напряжением и током:
- Лабораторные блоки питания до 30В/10А
- Мощные зарядные устройства до 30В/30А
- Импульсные источники питания с широким диапазоном регулировки
Они отличаются в первую очередь используемой схемотехникой и набором функциональных возможностей.
- Лабораторные блоки питания. Простейшие лабораторные блоки питания часто строятся на базе регулируемых стабилизаторов напряжения типа
LM317илиTL431. Они позволяют получить выходное напряжение от 3 до 30 В при токе потребления до 10 А. Главное их достоинство - простота и надежность схемы. - Мощные зарядные устройства. Для зарядки автомобильных или тяговых аккумуляторов требуются более мощные блоки питания, способные отдавать ток хотя бы 20-30 А. В таких устройствах обычно используется несколько параллельно включенных транзисторных каскадов на мощных полевых или биполярных транзисторах.
- Импульсные источники питания. Совсем другой подход реализован в импульсных источниках питания, использующих ШИМ-регуляторы. Они сложнее по схемотехнике, зато позволяют получить на выходе практически любые значения напряжения и тока в очень широких пределах.
Выбор компонентов и расчет параметров
При разработке схемы блока питания ключевым этапом является выбор компонентов и расчет их параметров в соответствии с требованиями к выходной мощности.
Основная нагрузка в схеме ложится на транзисторы. Необходимо подобрать модели с запасом по допустимому току коллектора и рассеиваемой мощности. Кроме того, мощные транзисторы обязательно должны устанавливаться на радиаторы для отвода тепла.
Чтобы все элементы схемы работали в допустимых режимах, необходимо тщательно просчитать ожидаемые токи в различных точках и падения напряжений. Это позволит правильно выбрать номиналы резисторов и емкости конденсаторов.
Также потребуется выбрать:
- резисторы нагрузки и делители напряжения
- фильтрующие конденсаторы
- защитные диоды
- измерительные приборы и датчики
- органы управления и коммутации
Все они должны соответствовать мощности и диапазонам работы блока питания.
Сборка и настройка
После того как все компоненты подобраны и рассчитаны, можно приступать к практической сборке и настройке блока питания.
Для изготовления печатной платы понадобится:
- Фольгированный стеклотекстолит нужного размера
- Химические реактивы и фоторезист
- Установка для проявления или лазерный принтер
- Травильный раствор и абразив
Лучше использовать пластину с двусторонней медной фольгой толщиной не менее 35 мкм.
Последовательность сборки может быть примерно такой:
- Установка радиаторов и транзисторов
- Припаивание резисторов, конденсаторов, разъемов
- Монтаж управляющих и измерительных элементов
- Подключение внешних узлов: датчиков, индикаторов, вентиляторов
- Заключительная проверка перед включением
На каждом этапе нужен тщательный контроль качества соединений и правильности сборки.
Для настройки стабилизатора, например на базе микросхемы TL431, понадобится:
- Подключить регулируемый резистор к выводу управления
- Плавно изменяя его сопротивления, добиться нужного выходного напряжения
- При больших токах может потребоваться коррекция напряжения смещения
Чтобы ограничить ток через нагрузку, в схему добавляется делитель напряжения на резисторе-шунте и транзисторный на лицевую панель переменным резистором. Плавно уменьшая его сопротивление, можно ограничить ток в нагрузке на нужном уровне. Оптимальные значения тока ограничения нужно подбирать для каждого типа нагрузки отдельно.
Проверка работоспособности
Перед эксплуатацией блока питания необходимо провести проверку:
- Измерить выходное напряжение на холостом ходу и при нагрузке
- Убедиться в эффективности ограничения тока
- Оценить нагрев радиаторов и транзисторов
- Проконтролировать работу вентиляторов и датчиков
Если все параметры в норме, блок питания готов к использованию в лабораторных условиях.
