Лабораторный блок питания с двухступенчатым преобразованием (ШИМ+линейное)

Лабораторный блок питания 0-30В
со стабилизацией тока и высоким КПД

Не секрет, что одним из самых нужных приборов под рукой любого радиолюбителя является блок питания. От его характеристик, иногда, напрямую зависит работа самого устройства, поэтому он должен отвечать всем требованиям. Основные параметры любого блока питания это напряжение, ток(который может отдать без понижения напряжения на выходе), пульсации, шумы и гармоники, и КПД. В настоящее время стали популярные импульсные БП из-за высокого КПД(70-90%), но у них есть особенности — при изменении тока нагрузки или напряжения на выходе меняется частота/скважность что приводит к выбросу в эфир большого уровня шумов и гармоник. Их невсегда удается задавить фильтрами. У линейного с этими параметрами дела обстоят намного лучше, но у линейного проблема с КПД. КПД у линейного стабилизатора тем ниже, чем меньше напряжение на выходе при том же токе. Например на входе линейного стабилизатора 32В — задание на выходе 5В при токе 1А —
Т.к ток в цепи общий -КПД=5Вт/32Вт*100% = 15,6%
Т.е. означает что из 32Вт потребленной — 27Вт уйдут на обогрев и порчу стабилизатора.

Мне понадобился нормальный по все характеристикам блок питания, а именно:
  • Защита от КЗ, а еще лучше стабилизация тока(можно заряжать аккумы и нетолько)
  • Регулировка от 0В до максимума — 30В
  • Возможность зделать его двухполярным или просто с независимыми каналами.
  • Поменьше чтобы грелся при больших нагрузках
  • Линейная стабилизация на выходе(всетаки лучше чем ШИМ)
  • Простота сборки и наладки
Я занялся поиском схемы в интернете. Понравились 2-е схемы по отдельности — одна просто ШИМ(MC34063)-Линейник(LM317) а другая стабилизация тока для LM317. Решил их скомбинировать чтобы получить то что надо. Еще переделал смещение на LM317, тем самым увеличив диапазон регулировки от 0В, а не от 1,5В, как в родной схеме.

Схема 1.
Блок питания двойного преобразования
Принцип работы схемы:
1. Входное напряжение Uвх трансформируется ШИМ-преобразователем DA1 в промежуточное Uпр, которое, в свою очередь, является входным для аналогового стабилизатора DA2. Обратная связь через дифференциальный усилитель DA3 поддерживает необходимое для DA2 падение напряжения (для LM317 — 2,5 В), благодаря чему тепловые потери на DA2 минимальны.
Структура БП

и Схема 2.
Блок питания со стабилизацией тока

Скомбинировав схемы в одну и просимулировав в Protus-e я получил —
Блок питания комбинированный

Добившись работы БП в САПРе я приступил к разработке печатной платы и ее изготовлению.
Я использую негативный фоторезист.
В Протеусе получилось:
Плата в Протеусе

Далее приступил к изготовлению негативного фотошаблона:
Фотошаблон
Т.к. я подозревал, что прийдется настравивать и подбирать значения резисторов и конденсаторов я решил использовать SMD — их легче монтировать/демонтировать.

Результат изготовления БП:Верх напаянной платы

Низ напаянной платы
Транзисторы силовые при проектировке платы вынес в одну линию для установки на радиатор(естественно, что через изолирующие прокладки :) ).
При сборке ничего необычного нет, дроссель — от 40 до 600 мкГн, единственное требование — он должен быть рассчитан на ток не менее 5А, а вот при настройке:

Настройка

Налаживание источника питания сводится к установке подстроечным резистором RV1 напряжения 2,5 В между выводами 2 и 3 U2 (при 50-процентной нагрузке). При правильной сборке это не должно вызвать затруднений. Номиналы подобраны. После настройки напряжений желаельно настроить токовую защиту MC34063 — она настраивается шунтовым резистором R1.
При напряжении на нем более 120 мВ (среднее значение, определенное опытным путем) вступает в действие внутренний ограничитель ширины импульсов микросхемы U1, превращая ее в источник тока. Этим свойством КР1156ЕУ5(MC34063) можно воспользоваться для ограничения максимального тока нагрузки. Так, например, при сопротивлении этого резистора, равном 0,1 Ом, источник способен выдавать в нагрузку ток до 1,2 А, а при R1 = 1 Ом — только до 120 мА.
Естественно до сборки прикиньте, какой ток хотите получить на выходе и из этого расчета пересчитывайте шунт и сетевой трансформатор. Не забывайте что при расчете сетевого трансформатора коэфф. на выпрямление Uвыпр=1.41*Uтранс(II) а ток наоборот при Iнагр = 5А вторичную обмотку трансформатора нужно делать 5*1,5 = 7,5А.
Транзистор Q1 можно заменить на IRF3205 — ему не нужен теплоотвод при токе до 1 А.(от автора — я не проверял).
Далее приступаем к настройке токоограничения — устанавливаем на максимум сопротивление RV3 а на минимум RV4, устанавливаем напряжение на выходе 4-10В. Подключаем нагрузку 3-4А(желательно с прибором, чтобы колибровать) Плавно увеличивая подстроечник выйти на порог включения светодиода D3. Это будет максимальный ток БП.Если это не настроить — при КЗ может выйти со строя LM317 и ее Q2(КТ818). Сопротивление резисторов RV3-RV4 может изменятся 20к-220К в зависимости от шунта R6. Если защита срабатывает слишком рано — нужно уменьшить R6(шунт) или увеличить RV3-RV4. Если вдруг появляется возбуждение при токоограничении — устанавливается и подбирается конденсатор С6(между 1и3 ногой LM317).
Регулировка напряжения — резистор RV2. Им и его обвязкой добиваются нужного диапазона напряжения. При отрицательном смещении ниже 0 все равно не опуститься, но до 0 дойти должен.

Скачать схему с Letitbit
Скачать схему с Filesonic

19 комментариев

avatar
Идея хорошая, ещё сразу бы чтоб из 220В…

Конечно есть сомнения что лучше: активное фильтрование пульсаций или хороший LC-фильтр. LC-фильтр низкочастотный он высокие частоты срежет, а вот через транзистор линейного стабилизатора высокая частота может пролезть (через туже емкость сток исток). А вот низкочастотную пульсацию, линейный стабилизатор хорошо срежет, а фильтр может пропустить.
avatar
Я думал тоже над тем чтобы сразу с 220 — но блок питания лабораторный и при пробое транзисторов есть оччень большая вероятность влезть под напряжение. Надо гальваническую развязку обязательно. По поводу фильтрации — можно после/перед линейником дополнительно поставить. Мне и без него нормально было.
avatar
И осциллограф лишних импульсных выбросов не «видел»?
avatar
нет, я проверял с током 5А, сглаживались даже 50 герцовые после выпрямителя(заряд разряд емкости). В режиме анализатора спектра несмотрел.
avatar
Конечно нужно с гальванической развязкой и скорее всего по двухтактной схеме.
avatar
В принципе наверное разницы нет какой ШИМ делать, можно обратную связь и на TL494 завести и туже разницу в 2,5В обеспечить на линейном.
avatar
Valik_666!!! ИСПРАВЬ ПОЖАЛУЙСТА СВОИ ОШИБКИ В СХЕМЕ!!! У МЕНЯ СРАЗУ ВЗОРВАЛАСЬ U1! ЗАРАНИЕ СПАСИБО!
avatar
Схема проверенная, ищите ошибки у себя.Плата тоже вроде без ошибок. у меня работает без перемычек.
avatar
ТОГДА ПОДСКАЖИ ПЛИЗ, ГДЕ ПРАВЕЛЬНО НА СХЕМАХ ИЛИ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ СТОИТ Q2, А ТАК ЖЕ D5 ?! И ЕЩЁ ПРО КАКИЕ ТЫ ГОВОРИШЬ ПЕРЕМЫЧКИ?
avatar
Перемычки есть только если делать одностороннюю плату — тогда весь верхний слой
перемычки — их там всего 3 штуки. Резисторы шунтовые R6 и R1 — подбирать нужно — но они низкоомные, чем ниже их сопротивление — тем больше порог токоограничения.В место них перемычки нежелательно, но можно.
Q2 — действительно в схеме ошибка и в плате тоже(протеус правильно развел плату), транзистор просто не открывается и не учавствует… Но БП работает нормально и без него…
avatar
Извините, а это первоисточник? Или у меня дэжавю, или я где-то на форумах уже видел эту схему, только с описанием процесса разработки.
avatar
1. Это первоисточник. Я схему слепил из двух популярных схем, авторство которых я себе НЕ присваивал.
2. Когда звучат обвинения или подозрения — давайте ссылку…
avatar
Извините. Я и не думал обвинять Вас.
У меня появилась потребность в источнику питания, вот я и решаюсь спаять вашу разработку. Тут мало обсуждений, хз как она в повторении и настройке, и у меня такое ощущение что я уже встречал эту схему на форуме.
avatar
Здравствуйте. А можно схему разместить на каком то другом файлообменнике, например google. Ссилки уже давно умерли. Схема на картинке из страници нечитабельна.
комментарий был удален
avatar
Возможно ли применить вместо 1156 таймер кр1006ви?
  • VNM
  • 0
avatar
Valik! Народ жаждет нормального изображения.
  • VNM
  • 0
avatar
Просьба выложить читабельную схему.Плюс волебное слово:«Пожалуйста!!!»
avatar
Добрый день! А что, тема уже умерла? Больше года прошло с момента просьбы обновить ссылку на схему. В теме схемы практически НЕчитаемы.
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.