Проект «Феникс». Гибридный лабораторный блок питания

Лабораторный блок питания 0-30В 5А: проект и схема

Для домашней лаборатории всегда актуален вопрос выбора качественного источника питания. Идеальный вариант — это мощный блок с широким диапазоном регулировок по току и напряжению, при этом компактный и легкий. В этом проекте мы рассмотрим, как реализовать такую цель, взяв за основу проверенную схему и доработав её для повышения токовой нагрузки.

Конечный результат доработки

Исходная схема и ограничения

За основу была взята классическая схема лабораторного блока питания с диапазоном выходного напряжения от 0 В до 30 В и ограничением тока от 0.002 А до 3 А. Данная схема хорошо зарекомендовала себя в радиолюбительской практике. Однако для полноценной работы, в частности для использования в качестве зарядного устройства для аккумуляторов, штатных 3 А было недостаточно. Целью проекта стало увеличение максимального тока до 5 А.

Для реализации этой задачи, а также для ознакомления с принципами работы других проектов AudioBerry, рекомендуем изучить руководство по сборке усилителя мощности «Звёзды на земле».

Доработка схемы для увеличения тока до 5А

Для повышения токовой нагрузки необходимо внести изменения в обвязку схемы:

Токовый шунт: сопротивление датчика тока следует уменьшить с 0.47 Ом до 0.12–0.22 Ом. Важно увеличить мощность резистора вдвое, так как при токах 5 А он будет сильно нагреваться.

Диодный мост: диоды необходимо заменить на более мощные. Они также будут подвержены значительному нагреву, поэтому их обязательно следует закрепить на радиаторах.

На этом этапе доработка основной силовой части считается завершенной.

Трансформатор и питание

Для выхода на ток 5 А при напряжении 30 В требуется мощность более 150 Вт. Использование стандартного сетевого трансформатора не всегда целесообразно из-за габаритов и веса. В данном проекте применен гибридный подход с использованием импульсного блока питания на микросхеме IR2153 в качестве источника вторичного напряжения.

Ключевой момент: на входе схемы должно быть напряжение минимум на 3 В выше выходного, но не более 36 В (ограничение по питанию операционных усилителей ±18 В). Оптимальное напряжение на вторичной обмотке — около 27–30 В.

В качестве силового трансформатора применен импульсный блок, выдающий переменное напряжение, которое затем выпрямляется умножителем напряжения на плате самого лабораторного БП. Это позволяет питать операционные усилители постоянным током, сохраняя стабильность работы схемы.

Печатная плата блока питания и «импульсного аналога» доступна .

После подключения импульсного блока к плате лабораторного БП производится тестирование. Как показывают измерения, просадки напряжения не наблюдается.

Однако диоды выпрямителя нагреваются значительно. Для решения этой проблемы изготовлен и установлен радиатор, а в схему добавлен узел управления вентилятором активного охлаждения.

Трансформатор намотан на ферритовом кольге 34,0/20,5/10,0 (материал N87 от Epcos) и пропитан эпоксидной смолой для фиксации обмоток.

Измерительные приборы и индикация

Для контроля параметров использованы аналоговый амперметр и цифровой вольтметр. Для эстетичности и экономии места на передней панели цифровой вольтметр встроен в корпус аналоговой головки амперметра. Это позволило отказаться от установки отдельного корпуса для вольтметра.

Шкала для амперметра была нарисована в программе Front Designer 30. Калибровка производилась эталонным цифровым амперметром. Цифровой вольтметр закреплен с обратной стороны шкалы с помощью термоклея, цифры просвечиваются сквозь бумагу.

При использовании токового датчика от исходного БП падение напряжения составило более 75 мВ. Для корректной работы измерительной головки последовательно с ней был подключен резистор общим сопротивлением 305 Ом.

Корпус и система охлаждения

Корпусом послужил блок питания от компьютера, спасенный от гибели (проект получил название «Феникс»). Из корпуса удалены все лишние компоненты, передняя панель усилена стеклотекстолитом. Обязательно проделаны вентиляционные отверстия для циркуляции воздуха.

Для снижения шума применен автоматический регулятор оборотов вентилятора. В качестве датчика температуры использован терморезистор. При включении конденсатор обеспечивает кратковременный полный запуск вентилятора, далее обороты снижаются до минимума (напряжение 4.5–5 В), что достаточно для циркуляции воздуха в покое. При нагреве силового транзистора обороты автоматически возрастают.

Дополнительные функции

Для удобства в схему добавлен выход с диодного моста (до стабилизации) для питания внешних устройств. В эту цепь включен амперметр для контроля тока потребления. В качестве защиты от КЗ установлен предохранитель на 5 А.

Также реализована функция нагрузочного резистора (8 Ом, 10 Вт), подключаемого через реле. Это позволяет выставить максимальный ток для зарядки аккумуляторов без использования перемычек на клеммах. Резистор выдерживает ток до 3.75 А кратковременно.

Реле управляется кнопкой на задней панели, индикация — желтым светодиодом. Обмотка реле рассчитана на 36 В, контакты включены попарно для тока 4 А.

Сборка и монтаж

Основанием (шасси) послужила печатная плата от старого блока питания. В местах крепления амперметра и клемм текстолит был спилин. Клеммы советского образца укорочены. Для крепления плат в два яруса использованы шпильки, изготовленные из стержня электрода диаметром 3 мм.

Платы расположены «лицом» друг к другу, что требует тщательной проверки настроек для точной подстройки нуля на выходе.

Корпус был загрунтован и покрашен для эстетичности. Перед покраской и сборкой рекомендуется ознакомиться с проектом усилителя JLH в моноблоках, где также применяется двухполярное питание и аналогичные принципы компоновки.