Блок питания: с регулировкой и без, лабораторный, импульсный, устройство, ремонт

В частные дома и квартиры подается однофазное переменное напряжение 220 В. Оно идеально подходит для работы электрических лампочек накаливания, освещающих жилище. Однако для бытовой техники необходимо питание от постоянного тока и с гораздо меньшим напряжением.

Общие понятия о сети

Всем известно, чтобы заработал телевизор или компьютер необходимо его подключить к электрической розетке. Однако не все знают, что блоки и узлы телевизора не могут включаться напрямую от электросети 220В.

И этому есть две причины:

• В розетке переменный ток, а компонентам телевизора необходим постоянный;
• Различные узлы и схемы телевизора для своей работы используют напряжения различной величины. А для этого понадобится несколько линий с различным показателями.

К примеру, для работы радиоприемника необходимо постоянное напряжение 9В. А для компьютера 5В и 12 В.

Для того чтобы получить напряжение необходимой величины существуют блоки питания, которые расположены в корпусе бытовой техники.

Что такое блок питания?

Блоком питания называется электронное устройство , преобразующее переменное напряжение в постоянное. Оно обеспечивает отдельные компоненты, током и напряжением необходимого номинала.

Блок питания – это источник электроэнергии для всех компонентов прибора.

Можно ли обойтись без блока питания? Можно, но не всегда.

Вместо БП можно использовать аккумуляторы или батарейки .

Такой принцип приемлемый в ноутбуках, приемниках или плеерах, где потребляемая мощность не слишком велика.

Для стационарного компьютера или телевизора такое включение нецелесообразно.

В бытовой технике используют два типа:

• Трансформаторные;
• Импульсные.

Каждый из этих блоков идеально подходит для тех или иных электронных приборов, согласно заданным техническим характеристикам.

Выделить лучший или худший тип невозможно. Они имеют свои преимущества и недостатки и успешно решают поставленную перед ними задачу.

Трансформаторный БП состоит из понижающего трансформатора с первичной обмоткой под сетевое напряжение. И вторичной обмоткой из расчета необходимого напряжения и тока.

Преобразование переменного напряжения в постоянное осуществляется с помощью выпрямителя. Затем пульсирующее напряжение сглаживается с помощью конденсаторов большой емкости. В схему трансформаторного блока могут входить фильтры от высокочастотных помех, защита от короткого замыкания, стабилизаторы тока и напряжения.

Трансформаторные блоки питания отличаются простотой конструкции, высокой надежностью, доступностью элементной базы и низким уровнем собственных помех. Собираются по простым схемам.

Однако такие БП имеют большой вес и габариты, низкий коэффициент полезного действия.

Импульсные блоки питания основаны на принципе первоначального выпрямления входящего напряжения, с последующим преобразованием в импульсы повышенной частоты.

В импульсных блоках с гальванической развязкой, питание сети подается на трансформатор (с гораздо меньшими размерами, чем в трансформаторном БП).

Если гальваническая развязка от питающей сети не нужна, то импульсы сразу подаются на низкочастотный выходной фильтр.

Благодаря использованию отрицательной обратной связи, импульсные блоки питания выдают стабильные характеристики независимо от колебаний входящего напряжения и величины нагрузки.

Импульсные БП имеют сравнительно небольшие габариты и вес. Они охватывают широкий диапазон входящего напряжения и частоты, отличаются высоким показателем коэффициента полезного действия.

К недостаткам следует отнести высокочастотный уровень помех, вызванный принципом работы импульсных блоков питания.

Как правило, блоки питания уже встроены в аппаратуру , и нет необходимости в этом что-то менять. Однако в отдельных случаях возникает необходимость иметь обособленный блок питания на определенное напряжение.

Например: радиоприемник рассчитан на работу от батареек и не имеет встроенного регулирующего устройства. Резонно использовать отдельно стоящий БП. Это избавит от хлопот, связанных с частой заменой элементов питания.

В случае когда радиолюбитель занимается изготовлением или ремонтом радиоэлектронных устройств, ему приходится работать с аппаратурой, использующей различные напряжения питания. Тогда полезным будет блок питания с регулируемым выходным напряжением.

Конечно, такое устройство можно приобрести в магазине электроники . Однако творческому человеку куда приятнее изготовить такой прибор своими руками. Тем более что в продаже может не оказаться блока питания с необходимыми мастеру характеристиками.

В радиожурналах и на просторах интернета можно найти огромное количество всевозможных схем регулируемых блоков питания.

Но в радиолюбительской практике вполне достаточно иметь простой регулируемый БП от 0 до 12В. Такой прибор под силу изготовить своими руками как опытному, так и начинающему радиолюбителю.

Преимущества блока питания

Схема простого, но надежного блока питания с плавной регулировкой состоит из двух частей:

• Основная часть (сам блок питания);
• Транзисторная схема регулятора выходного напряжения.

В основную часть входит:

• Понижающий трансформатор мощностью до 30Вт. Необходим трансформатор с первичной обмоткой, рассчитанной на переменный ток 220В и вторичной обмоткой с выходным напряжением 15В и током 2-3 ампера;
• Выпрямитель, собранный на четырех диодах КД202 (или аналогичных) для преобразования постоянного напряжения из переменного;
• Электролитический конденсатор емкостью не менее 1000 микрофарад. Благодаря своей способности накапливать и отдавать напряжение он выполняет функцию сглаживающего фильтра. Чем выше номинал конденсатора, тем меньше скачки напряжения.

В транзисторную схему входит:

• Параметрический стабилизатор, состоящий из резистора и стабилитрона. На стабилитроне образуется постоянная величина с малым коэффициентом отклонения;
• Переменный резистор, осуществляющий плавное изменение выходного напряжения;
• Эмиттерный повторитель, состоящий из двух транзисторов работающих в режиме усиления тока.

При правильном монтаже, устройство начинает работать сразу, без каких-либо настроек в схеме.

Проверяем в работе

Подключаем вольтметр к выходу БП. Поворачиваем регулятор напряжения на минимум. Показания вольтметра должны равняться нулю. Плавно переводим регулятор в правое положение. Показания вольтметра должны плавно увеличиваться вплоть до максимума +12В.

Параллельно вольтметру включаем нагрузку в пол-ампера . Просадка выходного напряжения должна быть минимальной.

При всей простоте конструкции, БП выдает неплохие характеристики и параметры.

Небольшие доработки своими руками позволят улучшить конструкцию. К примеру, можно установить узел защиты от перегрузок, или установить внутренний вольтметр.

Как-то недавно мне в интернете попалась одна схема очень простого блока питания с возможностью регулировки напряжения. Регулировать напряжение можно было от 1 Вольта и до 36 Вольт, в зависимости от выходного напряжения на вторичной обмотке трансформатора.

Внимательно посмотрите на LM317T в самой схеме! Третья нога (3) микросхемы цепляется с конденсатором С1, то есть третяя нога является ВХОДОМ, а вторая нога (2) цепляется с конденсатором С2 и резистором на 200 Ом и является ВЫХОДОМ.

С помощью трансформатора из сетевого напряжения 220 Вольт мы получаем 25 Вольт, не более. Меньше можно, больше нет. Потом все это дело выпрямляем диодным мостом и сглаживаем пульсации с помощью конденсатора С1. Все это подробно описано в статье как получить из переменного напряжения постоянное . И вот наш самый главный козырь в блоке питания — это высокостабильный регулятор напряжения микросхема LM317T. На момент написания статьи цена этой микросхемы была в районе 14 руб. Даже дешевле, чем буханка белого хлеба.

Описание микросхемы

LM317T является регулятором напряжения. Если трансформатор будет выдавать до 27-28 Вольт на вторичной обмотке, то мы спокойно можем регулировать напряжение от 1,2 и до 37 Вольт, но я бы не стал подымать планку более 25 вольт на выходе трансформатора.

Микросхема может быть исполнена в корпусе ТО-220:

или в корпусе D2 Pack

Она может пропускать через себя максимальную силу тока в 1,5 Ампер, что вполне достаточно для питания ваших электронных безделушек без просадки напряжения. То есть мы можем выдать напряжение в 36 Вольт при силе тока в нагрузку до 1,5 Ампера, и при этом наша микросхема все равно будет выдавать также 36 Вольт — это, конечно же, в идеале. В действительности просядут доли вольта, что не очень то и критично. При большом токе в нагрузке целесообразней поставить эту микросхему на радиатор.

Для того, чтобы собрать схему, нам также понадобится переменный резистор на 6,8 Килоом, можно даже и на 10 Килоом, а также постоянный резистор на 200 Ом, желательно от 1 Ватта. Ну и на выходе ставим конденсатор в 100 мкФ. Абсолютно простая схемка!

Сборка в железе

Раньше у меня был очень плохой блок питания еще на транзисторах. Я подумал, почему бы его не переделать? Вот и результат;-)

Здесь мы видим импортный диодный мост GBU606. Он рассчитан на ток до 6 Ампер, что с лихвой хватает нашему блоку питания, так как он будет выдавать максимум 1,5 Ампера в нагрузку. LM-ку я поставил на радиатор с помощью пасты КПТ-8 для улучшения теплообмена. Ну а все остальное, думаю, вам знакомо.

А вот и допотопный трансформатор, который выдает мне напряжение 12 Вольт на вторичной обмотке.

Все это аккуратно упаковываем в корпус и выводим провода.

Ну как вам? ;-)

Минимальное напряжение у меня получилось 1,25 Вольт, а максимальное — 15 Вольт.

Ставлю любое напряжение, в данном случае самые распространенные 12 Вольт и 5 Вольт

Все работает на ура!

Очень удобен этот блок питания для регулировки оборотов мини-дрели , которая используется для сверления плат.

Аналоги на Алиэкспресс

Кстати, на Али можно найти сразу готовый набор этого блока без трансформатора.

Лень собирать? Можно взять готовый 5 Амперный меньше чем за 2$:

Посмотреть можно по этой ссылке.

Если 5 Ампер мало, то можете посмотреть 8 Амперный. Его вполне хватит даже самому прожженному электронщику:

Универсальный блок питания, с помощью которого можно получить все напряжения, которые могут понадобиться в радиолюбительской и просто бытовой деятельности, должен быть в каждом доме. И конечно БП должен иметь хорошую мощность - обеспечивать ток выхода не 0,5 А, как у дешёвых китайских адаптеров, а несколько ампер, чтобы подключить даже свинцовые аккумуляторы от автомобиля для заряда, или электромоторы. Конечно при этом хочется чтоб диапазон напряжений так же имеет значение. Большинство схем ограничены 12 вольт, в лучшем случае 20. Но бывает нужно и 24, и 36 В. Сложно ли создать такой БП самому? Нет, ведь для схемы понадобится всего лишь десяток деталей. Вот очень простой, универсальный источник питания с регулируемым напряжением питания. Максимальное выходное напряжение 36 В - оно настраивается в диапазоне от 1,2 до (vcc - 3) вольт.

Схема регулируемого блока питания

Транзистор Q1 - это мощный PNP Дарлингтон, используется для увеличения тока микросхемы LM317. Сама LM317L без радиатора может дать 100 мА, чего достаточно для управления транзистором. Элементы D1 и D2 являются защитными диодами, потому что при включении схемы заряд конденсаторов может повредить транзистор или стабилизатор.

Параллельно электролитическим конденсаторам для устранения высокочастотных шумов ставим 100 нФ конденсаторы, потому что электролитические имеют большие значения ESR и ESL и не могут чётко устранить высокочастотные помехи. Вот примерный дизайн печатной платы для этой схемы.

Примечания

• Транзистору Q1 нужен радиатор и лучше небольшой вентилятор.
• Максимальная выходная мощность схемы - 125 ватт.
• R1 - 2 Вт, другие резисторы - 0.25 ватт.
• Все конденсаторы 50 В.
• RV1 - 5 кОм регулятор.
• Трансформатор требуется на 36 В 5 А. С мощностью от 150 ватт и выше.
• Клеммы подключения выходных проводов - как для АС в усилителях, винтовые.

Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.

Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.

При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.

Индикатор для блока питания

Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.

Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:

Плёнка - самоклейка типа "бамбук". Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.

Дополнения от BFG5000

Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер - кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов - с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ - появляется прирост проходящей мощности.

Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 - поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.

Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000 .

Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Скажу без преувеличения, что блок питания - это основа всей радиолюбительской лаборатории. И действительно, ни один девайс не запустить без нормального с индикаторами вольт и ампер. Естественно он должен быть оборудован защитой на слабый и на сильный ток. Иначе любая нештатная ситуация в схеме или малейшая ошибка монтажа и подключения, приведёт к мгновенному сгоранию чего нибудь дорогого в устройстве. Часто на форуме спрашивают - чего бы такого спаять и сделать попроще? Ответ один: Начните с нормального блока питания. И совсем необязательно ваять что-то сложное, достаточно простого регулируемого 0-15В БП с защитой от превышения значения тока в подключенной нагрузке.

Несмотря на огромное количество всякоразных схем БП в интернете и радиожурналах, я снова и снова возвращаюсь к простой, годами (десятилетиями) проверенной схеме регулируемого блока питания. Как говорится: новое - это хорошо забытое старое. Вот основные преимущества данной схемы:
- не содержит дорогих и труднодобываемых деталей;
- прост в сборке и настройке;
- нижний предел напряжения составляет всего 0,05 вольта;
- широкий диапазон выходных напряжений;
- двухдиапазонная защита по току, на 0,05 и 1А;
- высокая стабильность работы.

Трансформатор питания должен обеспечивать напряжение на 3В больше, чем требуемое максимальное на выходе. То есть если регулируется в пределах до 20В, то с трансфолрматора надо получить хотя-бы 23В. Диодный мост выбираем исходя из максимального тока, ограниченного защитой. При токе до 1А ставим обычный советский мост КЦ402. Конденсатор фильтра 4700мкф, этой ёмкости вполне достаточно, чтоб даже самая чувствительная к наводкам по питанию и помехам схема не давала фон. Этому способствует и неплохой компенсационный стабилизатор с коэфициентом подавления пульсаций больше 1000.

На фото показан регулируемый блок питания, который верой и правдой служит уже 10 лет! Собирался как временный, но работа его так понравилась, что пользуюсь им до сих пор. Сам БП и простой, но сколько сложных девайсов удалось с его помощью починить и запустить.

По схеме почти все транзисторы германиевые, но когда будете заменять их на современные кремниевые учтите, что нижний МП37 должен быть именно таким - германиевым, структуры н-п-н: МП36, МП37, МП38.

Токоограничительный узел собран на транзисторе, который следит за падением напряжения на резисторе. Здесь можно более подробно почитать про расчёт данного резистора, а так-же резисторов шунта стрелочных индикаторов. Нижний предел напряжения всего 0,05 вольт, что не по зубам даже многим более сложным схемам БП. Максимум выходного напряжения при регулировке, определяется стабилитроном Д814. Он выбирается на половину выходного напряжения. Так если надо на выходе иметь 0-25В, ставьте стабилитрон на 13В, например Д814Д.