Как собрать в одном корпусе всё, что нужно на рабочем столе радиолюбителя: регулируемый лабораторный источник, цифровой вольтамперметр с термометром и вспомогательные стабилизированные выходы. Разбираем схему, модуль индикации, калибровку и компоновку корпуса.
Из чего состоит блок питания
Конструкция объединяет несколько узлов. Основной из них — регулируемый источник 0-30 В. Это классический линейный лабораторный блок питания на операционных усилителях TL081 с мощным транзистором 2N3055. Схема известна давно, её повторили очень многие радиолюбители.
Второй узел — индикатор на готовом модуле AVT2857. Модуль совмещает вольтметр, амперметр и термостат. Он собран на микроконтроллере ATmega8, операционном усилителе LM358N и датчике температуры DS18B20 и показывает напряжение, ток и температуру на одном экране.
Третий узел — фиксированные выходы 12 В и 5 В. Если нужны только постоянные напряжения, практичнее взять компьютерный блок питания. Но здесь задача другая: собрать в одной коробке регулируемый лабораторный источник, измерительный индикатор, термостат и вспомогательные выходы. Такой прибор удобен, когда одновременно нужно питать 5-вольтовую логику, вентилятор или реле на 12 В и подавать регулируемое испытательное напряжение.
Схема регулируемого источника
Нажмите для увеличения (1000x405)Источник работает как классический линейный стабилизатор. Диоды D1, D2, D3 и D4 образуют выпрямительный мост, который превращает переменное напряжение с трансформатора в постоянное. Конденсаторы C1, C2 и элементы рядом с ними сглаживают выпрямленное напряжение.
В нижней части схемы стоят D5, D6, D7, C3 и R3. Они образуют вспомогательную линию питания, благодаря которой каскад на операционных усилителях может опустить выходное напряжение до нуля вольт.
Напряжением и током управляют каскады на ОУ TL081, на схеме это U1, U2 и U3. Они формируют опорное напряжение, регулируют выходное напряжение и ограничивают ток. Элементы P1, P2 и RV1 задают выходное напряжение, порог ограничения тока и точки калибровки.
Ток нагрузки проходит через Q4 (2N3055) — главный последовательный регулирующий транзистор. Транзисторы Q2 и Q1 работают в цепях его управления и ограничения. Отдельный элемент схемы показывает, что сработало ограничение тока или возникло аварийное состояние.
Ограничение тока особенно полезно в лабораторном источнике. Допустим, в проверяемой конструкции есть короткое замыкание, перепутана полярность или допущена ошибка монтажа. Тогда срабатывает установленный порог, и риск повредить испытуемую схему и сам блок питания становится меньше. Это большое преимущество при первом включении только что собранного устройства.
Модуль индикации AVT2857
На верхней строке ЖК-дисплея модуль показывает напряжение и ток. На нижней строке выводится напряжение с дифференциального входа и температура от датчика DS18B20. Часть данных нижней строки можно скрыть через меню.
Основные параметры модуля:
- питание — 8-12 В постоянного тока;
- напряжение измеряется в двух поддиапазонах: 0-20 В с разрешением 0,01 В и 20-50 В с разрешением 0,1 В;
- ток измеряется в диапазоне 0-10 А с разрешением 0,01 А;
- датчик DS18B20 контролирует температуру до 125 °C. Этого достаточно, чтобы следить за нагревом радиатора 2N3055 и управлять вентилятором.
Ток модуль определяет по падению напряжения на низкоомном резисторе, включённом последовательно с нагрузкой. На плате AVT2857 это резисторы R1 и R2 по 0,22 Ом мощностью 5 Вт. Они греются, поэтому их лучше впаивать с небольшим зазором над платой.
Термостатный выход TO обычно находится на высоком уровне. Когда температура достигает заданного значения, выход переходит на низкий уровень. Он остаётся в этом состоянии, пока температура не опустится ниже границы гистерезиса. Этим сигналом можно включать вентилятор, управлять реле или отключать блок питания для защиты.
Важно: выходы TO, UO и IO подключены прямо к выводам микроконтроллера, поэтому большой ток от них брать нельзя. Реле, вентилятор и любую мощную нагрузку подключают только через транзистор, MOSFET или драйверный каскад.
Калибровка индикатора
Точность показаний модуля зависит от калибровки. Опорное напряжение выставляют подстроечным резистором PR2 на уровне 2,047 В. Измерительные каналы калибруют так:
- PR3 и PR4 — измерение напряжения;
- PR5 и PR6 — дифференциальный вход;
- PR7 — измерение тока.
Каждую подстройку ведут по надёжному мультиметру, сравнивая его показания с показаниями модуля.
Фиксированные выходы 12 и 5 В
Постоянные напряжения удобны для питания небольших цифровых схем, вентиляторов, релейных плат, опытов с микроконтроллерами и вспомогательных модулей. По дополнительным данным об этой конструкции, блоки 12 В и 5 В включаются и выключаются по отдельности, а основной регулируемый источник рассчитан на 4 А.
Для фиксированных выходов подойдут стабилизаторы серии 78xx, но с ростом тока они тоже сильно греются. Если от линии 5 В нужен большой ток, эффективнее поставить вместо линейного стабилизатора импульсный DC-DC-модуль.
Компоновка корпуса и охлаждение
Сильнее всего греется Q4. В линейном источнике разница между выпрямленным и выходным напряжением гасится на регулирующем транзисторе. Поэтому чем ниже выставленное напряжение и чем больше ток нагрузки, тем больше тепла выделяется на 2N3055. Транзистор обязательно ставят на большой радиатор и проверяют, есть ли изолирующая прокладка и термопаста. Металлический корпус 2N3055 может быть электрически соединён с коллектором, так что крепление к радиатору нужно продумать заранее.
Расположение узлов внутри корпуса важно не меньше самой схемы. Трансформатор, выпрямитель, силовой транзистор, стабилизаторы фиксированных выходов и измерительный модуль стоят в одном корпусе, поэтому нужно учитывать и нагрев, и помехи. Силовые провода делают короткими и достаточного сечения. Измерительные провода прокладывают как можно дальше от сильноточных цепей. Вентиляцию корпуса нельзя перекрывать полностью, в том числе из-за нагрева шунтов модуля индикации.
У автора силовой каскад основного источника охлаждается радиатором с вентилятором. Фиксированные выходы охлаждаются пассивно, через радиатор на задней стенке. Датчик DS18B20 удобно закрепить на главном радиаторе: температура будет видна на дисплее, а термостатный выход сможет сам включать вентилятор.
Автоматическое включение обдува особенно полезно с маленькими 40-мм вентиляторами. На высоких оборотах они неприятно шумят, поэтому лучше включать их по температуре, а не держать постоянно на полной скорости. Для этого можно сразу использовать термостат модуля AVT2857.
Безопасность и проверка перед включением
- В сетевой части не пренебрегайте предохранителем, заземлением и изоляцией соединений.
- Не держайте выход в коротком замыкании при большом токе долго во время испытаний.
- Модуль индикации измеряет стабильнее, если питать его от отдельного источника с чистым напряжением.
- Чётко промаркируйте плюсовую и минусовую клеммы на передней панели, чтобы их было трудно перепутать.
Если нужен источник на больший ток, заново рассчитывают охлаждение, мощность трансформатора и количество силовых транзисторов.
Маркировку некоторых маломощных транзисторов на схеме трудно разобрать. Перед сборкой сверьтесь с файлом печатной платы и перечнем элементов. Даже у такой известной схемы номиналы деталей и точки подключения в вашем варианте нужно проверить поэлементно, прежде чем подавать питание.
Похожие материалы на сайте
Файлы проекта
