Цифровая панель индикации напряжения и тока. Простой цифровой блок питания. О печатной плате

Представляю для вашего внимания проверенную схему хорошего лабораторного источника питания, опубликованного в журнале "Радио" №3, с максимальным напряжением 40 В и током до 10 А. Блок питания оснащён цифровым блоком индикации, с микроконтроллерным управлением. Схема БП показана на рисунке:

Описание работы устройства. Оптопара поддерживает падение напряжения на линейном стабилизаторе примерно 1,5 В. Если падение напряжения на микросхеме увеличивается (например, вследствие увеличения входного напряжения), светодиод оптопары и, соответственно, фототранзистор открываются. ШИ-контроллер выключается, закрывая коммутирующий транзистор. Напряжение на входе линейного стабилизатора уменьшится.

Для повышения стабильности резистор R3 размещают как можно ближе к микросхеме стабилизатора DA1. Дроссели L1, L2 — отрезки ферритовых трубок, надетых на выводы затворов полевых транзисторов VT1, VT3. Длина этих трубок равна примерно половине длины вывода. Дроссель L3 наматывают на двух сложенных вместе кольцевых магнитопроводах К36х25х7,5 из пермаллоя МП 140. Его обмотка содержит 45 витков, которые намотаны в два провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм, уложенных равномерно по периметру магнитопровода. Транзистор IRF9540 допустимо заменить на IRF4905, а транзистор IRF1010N — на BUZ11, IRF540.

Если потребуется с выходным током, превышающим 7,5 А, необходимо добавить еще один стабилизатор DA5 параллельно DA1. Тогда максимальный ток нагрузки достигнет 15 А. В этом случае дроссель L3 наматывают жгутом, состоящим из четырех проводов ПЭВ-2 диаметром 1 мм, и увеличивают примерно в два раза емкость конденсаторов С1—СЗ. Резисторы R18, R19 подбирают по одинаковой степени нагрева микросхем DA1, DA5. ШИ-контроллер следует заменить другим, допускающим работу на более высокой частоте, например, КР1156ЕУ2.

Модуль цифрового измерения напряжения и тока лабораторного БП

Основа устройства - микроконтроллер PICI6F873. На микросхеме DA2 собран стабилизатор напряжения, которое используется и как образцовое для встроенного АЦП микроконтроллера DDI. Линии порта RA5 и RA4 запрограммированы как входы АЦП для измерения напряжения и тока соответственно, a RA3 - для управления полевым транзистором. Датчиком тока служит резистор R2, а датчиком напряжения — резистивный делитель R7 R8. Сигнал датчика тока усиливает ОУ DAI. 1. а ОУ DA1.2 использован как буферный усилитель.

Технические характеристики:

• Измерение напряжения, В - 0..50.
• Измерение тока, А - 0.05..9,99.
• Пороги срабатывания защиты:
• - по току. А - от 0,05 до 9.99.
• - по напряжению. В - от 0,1 до 50.
• Напряжение питания, В - 9...40.
• Максимальный потребляемый ток, мА - 50.

Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные приборы, - вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр покажет ток через нагрузку. В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас должны быть цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5

Но существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, есть микросхема СА3162Е, которая предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе. Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации. Чтобы получить законченный прибор нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семи зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами. Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.

Рис.1 Теперь ближе к схеме. На рисунке 1 показана схема вольтметра, измеряющего напряжение от 0 до 100V (0...99,9V). Измеряемое напряжение поступает на выводы 11-10 (вход) микросхемы D1 через делитель на резисторах R1-R3. Конденсатор СЗ исключает влияние помех на результат измерения.
Резистором R4 устанавливают показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения А резистором R5 выставляют предел измерения так чтобы результат измерения соответствовал реальному, то есть, можно сказать, им калибруют прибор.
Теперь о выходах микросхемы. Логическая часть СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоично-десятичный код, который периодически сменяется, обеспечивая последовательную передачу данных о трех разрядах результата измерения. Если используется дешифратор ТТЛ, как, например, КР514ИД2, то его входы непосредственно подключаются к данным входам D1, Если же будет применен дешифратор логики КМОП или МОП, то его входы будет необходимо подтянуть к плюсу при помощи резисторов. Это нужно будет сделать, например, если вместо КР514ИД2 будет использован дешифратор К176ИД2 или CD4056.
Выходы дешифратора D2 через токоограни-чивающие резисторы R7-R13 подключены к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1-НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Для опроса индикаторов используются транзисторные ключи VT1-VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1-ИЗ микросхемы D1. Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.


Рис.2 Схема амперметра показана на рисунке 2 . Схема практически такая же. за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0...9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.
Выбрав другие делители и шунты можно задать другие пределы измерения, например, 0...9.99V, 0...999mA, 0...999V, 0...99.9А, это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Так же, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр). При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.
Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть напичие такого напряжения при токе не ниже 150mA.

На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.
Теперь о деталях. Пожалуй, самое трудно-доставаемое, это микросхемы СА3162Е. Из аналогов мне известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги, о которых мне не известно.
С остальным значительно проще. Как уже сказано, выходную схему можно сделать на любом дешифраторе и соответствующих индикаторах. Например, если индикаторы будут с общим катодом, то нужно КР514ИД2 заменить на КР514ИД1 (цоколевка такая же), а транзисторы VT1-VT3 перетащить вниз, подсоединив их коллектора к минусу питания, а эмиттеры к общим катодам индикаторов. Можно использовать дешифраторы КМОП-логики, подтянув их входы к плюсу питания при помощи резисторов.
Теперь о налаживании. В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр- Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мульти-метра.
Далее, налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W. Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.
Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.
Рис.4
По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4 . Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть, измеряет напряжение, поступающее на него как питающее. Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в схеме на рисунке 1, то есть для измерения в пределах 0...99.9V. Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7...16V.
Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1 Раздел.

Многие уже знают, что я питаю слабость ко всяким блокам питания, здесь же обзор два в одном. В этот раз будет обзор радиоконструктора, позволяющего собрать основу для лабораторного блока питания и вариант его реальной реализации.
Предупреждаю, будет много фото и текста, так что запасайтесь кофе:)

Для начала я немного объясню что это такое и зачем.
Практически все радиолюбители используют в своей работе такую вещь как лабораторный блок питания. Будь то сложный с программным управлением или совсем простой на LM317, но он все равно выполняет почти одно и то же, питает разные нагрузки в процессе работы с ними.
Лабораторные блоки питания делятся на три основных типа.
С импульсной стабилизацией.
С линейной стабилизацией
Гибридные.

Первые имеют в своем составе импульсный управляемый блок питания, либо просто импульсный блок питания с понижающим ШИМ преобразователем. Я уже обозревал несколько вариантов этих блоков питания. , .
Преимущества - большая мощность при небольших габаритах, отличный КПД.
Недостатки - ВЧ пульсации, наличие емких конденсаторов на выходе

Вторые не имеют на борту никаких ШИМ преобразователей, вся регулировка осуществляется линейным способом, где излишек энергии рассеивается просто на регулирующем элементе.
Плюсы - Практически полное отсутствие пульсаций, нет необходимости в конденсаторах на выходе (почти).
Минусы - КПД, масса, габарит.

Третьи являются совмещением либо первого типа со вторым, тогда линейный стабилизатор питается от ведомого понижающего ШИМ преобразователя (напряжение на выходе ШИМ преобразователя всегда поддерживается на уровне чуть выше чем выходное, остальное регулируется транзистором работающим в линейном режиме.
Либо это линейный БП, но трансформатор имеет несколько обмоток, которые переключаются по мере необходимости, тем самым уменьшая потери на регулирующем элементе.
Минус у этой схемы только один, сложность, она выше чем у первых двух вариантов.

Сегодня мы поговорим о втором виде блоков питания, с регулирующим элементом, работающим в линейном режиме. Но рассмотрим этот блок питания на примере конструктора, мне кажется, что так должно быть даже интереснее. Ведь на мой взгляд это хорошее начало для начинающего радиолюбителя, собрать себе один из основных приборов.
Ну или как говорится, правильный блок питания должен быть тяжелым:)

Данный обзор больше ориентирован на начинающих, опытные товарищи врядли найдут в нем что нибудь полезное.

Заказал я для обзора конструктор, который позволяет собрать основную часть лабораторного блока питания.
Основные характеристики таковы (из заявленных магазином):
Входное напряжение - 24 Вольта переменного тока
Выходное напряжение регулируемое - 0-30 Вольт постоянного тока.
Выходной ток регулируемый - 2мА - 3А
Пульсации выходного напряжения - 0.01%
Размеры печатной плаы - 80х80мм.

Немного об упаковке.
Пришел конструктор в обычном полиэтиленовом пакете, замотанный в мягкий материал.
Внутри в антистатическом пакете с защелкой лежали все необходимые компоненты, включая печатную плату.

Внутри все было насыпом, но при этом ничего не пострадало, печатная плата частично защищала радиокомпоненты.

Я не буду перечислять все, что входит в комплект, проще это сделать потом по ходу обзора, скажу лишь что мне всего хватило, даже кое что осталось.

Немного о печатной плате.
Качество на отлично, схема в комплекте не идет, но все номиналы на плате обозначены.
Плата двухсторонняя, покрыта защитной маской.

Покрытие платы, лужение, да и само качество текстолита отличное.
У меня получилось только в одном месте оторвать пятачок с печати, и то, после того, когда я попытался впаять неродную деталь (почему, будет дальше).
На мой взгляд самое то для начинающего радиолюбителя, испортить будет тяжело.

Перед монтажом я начертил схему данного бока питания.

Схема довольно продуманная, хотя и не без недостатков, но о них расскажу в процессе.
В схеме просматриваются несколько основных узлов, я их отделил цветом.
Зеленый - узел регулировки и стабилизации напряжения
Красный - узел регулировки и стабилизации тока
Фиолетовый - узел индикации перехода в режим стабилизации тока
Синий - источник опорного напряжения.
Отдельно есть:
1. Входной диодный мост и фильтрующий конденсатор
2. Силовой регулирующий узел на транзисторах VT1 и VT2.
3. Защита на транзисторе VT3, отключающая выход, пока питание операционных усилителей не будет нормальным
4. Стабилизатор питания вентилятора, построен на микросхеме 7824.
5. R16, R19, C6, C7, VD3, VD4, VD5, узел формирования отрицательного полюса питания операционных усилителей. Из-за наличия этого узла БП не будет работать просто от постоянного тока, необходим именно вход переменного тока с трансформатора.
6. С9 выходной конденсатор, VD9, выходной защитный диод.

Сначала распишу преимущества и недостатки схемного решения.
Плюсы -
Радует наличие стабилизатора для питания вентилятора, но вентилятор нужен на 24 Вольта.
Очень радует наличие источника питания отрицательной полярности, это сильно улучшает работу БП на токах и напряжениях близких к нулю.
В виду наличия источника отрицательной полярности в схему ввели защиту, пока нет этого напряжения, выход БП будет отключен.
БП содержит источник опорного напряжение 5.1 Вольта, это позволило не только корректно регулировать выходное напряжение и ток (при такой схеме напряжение и ток регулируются от нуля до максимума линейно, без «горбов» и «провалов» на крайних значениях), а и дает возможность управлять блоком питания извне, просто изменяю напряжение управления.
Выходной конденсатор очень маленькой емкости, что позволяет безопасно проверять светодиоды, не будет броска тока, пока выходной конденсатор не разрядится и БП не войдет в режим стабилизации тока.
Выходной диод необходим для защиты БП от подачи на его выход напряжения обратной полярности. Правда диод слишком слабый, лучше заменить на другой.

Минусы.
Токоизмерительный шунт имеет слишком высокое сопротивление, из-за этого при работе с током нагрузки 3 Ампера на нем выделяется около 4.5 Ватта тепла. Резистор рассчитан на 5 Ватт, но нагрев очень большой.
Входной диодный мост набран из 3 Ампера диодов. По хорошему должны стоять диоды минимум на 5 Ампер, так как ток через диоды в такой схеме равен 1.4 от выходного, соответственно в работе ток через них может быть 4.2 Ампера, а сами диоды рассчитаны на 3 Ампера. Облегчает ситуацию только то, что пары диодов в мосте работают попеременно, но все равно это не совсем правильно.
Большой минус в том, что китайские инженеры, при подборе операционных усилителей выбрали ОУ с максимальным напряжением в 36 Вольт, но не подумали, что в схеме есть источник отрицательного напряжения и входное напряжение в таком варианте ограничено на уровне 31 Вольт (36-5=31). При входных 24 Вольта переменного тока, постоянное будет около 32-33 Вольта.
Т.е. ОУ будут работать в запредельном режиме (36 это максимум, штатное 30).

Я еще расскажу о плюсах и минусах, а так же о модернизации позже, а сейчас перейду к собственно сборке.

Для начала раскладываем все то, что входит в комплект. Это облегчит сборку, да и просто будет нагляднее видно, что уже установили, а что еще осталось.

Я рекомендую начинать сборку с самых низких элементов, так как если сначала установить высокие, то низкие потом будет неудобно ставить.
Также лучше начать с установки тех компонентов, которых больше одинаковых.
Начну я с резисторов, и это будут резисторы номиналом 10 КОм.
Резисторы качественные и имеют точность 1%.
Несколько слов о резисторах. Резисторы имеют цветовую маркировку. Многим это может показаться неудобным. На самом деле это лучше чем цифробуквенная маркировка, так как маркировку видно в любом положении резистора.
Не стоит пугаться цветовой маркировки, на начальном этапе можно пользоваться , а со временем будет получаться определять ее уже и без него.
Для понимания и удобной работы с такими компонентами надо лишь запомнить две вещи, которые начинающему радиолюбителю пригодятся в жизни.
1. Десять основных цветов маркировки
2. Номиналы ряда , они не сильно пригодятся при работе с точными резисторами ряда Е48 и Е96, но такие резисторы встречаются куда реже.
Любой радиолюбитель с опытом перечислит их просто по памяти.
1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.4, 2.7, 3, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1.
Все остальные номиналы являются умножением этих на 10, 100 и т.п. Например 22к, 360к, 39Ом.
Что дает эта информация?
А дает она то, что если резистор ряда Е24, то например комбинация цветов -
Синий + зеленый + желтый в нем невозможна.
Синий - 6
Зеленый - 5
Желтый - х10000
т.е. по расчетам выходит 650к, но такого номинала в ряду Е24 нет, есть либо 620 либо 680, значит либо цвет распознан неправильно, либо цвет изменен, либо резистор не ряда Е24, но последнее бывает редко.

Ладно, хватит теории, перейдем дальше.
Выводы резисторов перед монтажом я формую, обычно при помощи пинцета, но некоторые используют для этого небольшое самодельное приспособление.
Обрезки выводов не спешим выбрасывать, бывает что они могут пригодится для перемычек.

Установив основное количество я дошел до одиночных резисторов.
Здесь может быть тяжелее, разбираться с номиналами придется чаще.

Компоненты я сразу не паяю, а просто обкусываю и загибаю выводы, причем именно сначала обкусываю, а потом загибаю.
Делается это очень легко, плата держится в левой руке (если вы правша), одновременно прижимается устанавливаемый компонент.
В правой руке находятся бокорезы, обкусываем выводы (иногда даже сразу нескольких компонентов), и боковой гранью бокорезов сразу загибаем выводы.
Делается это все очень быстро, через некоторое время уже на автоматизме.

Вот и дошли до последнего мелкого резистора, номинал требуемого и того что остался совпадает, уже неплохо:)

Установив резисторы переходим к диодам и стабилитронам.
Мелких диодов здесь четыре, это популярные 4148, стабилитронов два на 5.1 Вольта каждый, так что запутаться очень трудно.
Им также формуем выводы.

На плате катод обозначен полосой, также как на диодах и стабилитронах.

Хоть плата и имеет защитную маску, но я все равно рекомендую загибать выводы так, чтобы они не попадали на рядом идущие дорожки, на фото вывод диода отогнут в сторону от дорожки.

Стабилитроны на плате отмечены также как маркировка на них - 5V1.

Керамических конденсаторов в схеме не очень много, но их маркировка может запутать начинающего радиолюбителя. Кстати она также подчиняется ряду Е24.
Первые две цифры - номинал в пикофарадах.
Третья цифра - количество нулей, которые надо добавить к номиналу
Т.е. для примера 331 = 330пФ
101 - 100пФ
104 - 100000пФ или 100нФ или 0.1мкФ
224 - 220000пФ или 220нФ или 0.22мкФ

Основное количество пассивных элементов установлено.

После этого переходим к установке операционных усилителей.
Наверное я бы порекомендовал купить к ним панельки, но я впаял как есть.
На плате, как и на самой микросхеме, отмечен первый вывод.
Остальные выводы считаются против часовой стрелки.
На фото видно место под операционный усилитель и то, как он должен ставиться.

У микросхем я загибаю не все выводы, а только пару, обычно это крайние выводы по диагонали.
Ну и лучше обкусить их так, чтобы они торчали примерно на 1мм над платой.

Все, вот теперь можно перейти к пайке.
Я использую самый обычный паяльник с контролем температуры, но вполне достаточно и обычного паяльника мощностью примерно 25-30 Ватт.
Припой диаметром 1мм с флюсом. Я специально не указываю марку припоя, так как на катушке неродной припой (родные катушки 1Кг весом), а название его мало кому будет знакомо.

Как я выше писал, плата качественная, паяется очень легко, никакие флюсы я не применял, хватает только того, что есть в припое, надо только не забывать иногда стряхивать лишний флюс с жала.

Здесь я сделал фото с примером хорошей пайки и не очень.
Хорошая пайка должна выглядеть как небольшая капелька обволакивающая вывод.
Но на фото есть пара мест, где припоя явно мало. Такое пройдет на двухсторонней плате с металлизацией (там припой затекает еще и внутрь отверстия), но так нельзя делать на односторонней плате, со временем такая пайка может «отвалиться».

Выводы транзисторов также надо предварительно отформовать, делать это надо так, чтобы вывод не деформировался около основания корпуса (аксакалы вспомнят легендарные КТ315, у которых любили отламываться выводы).
Мощные компоненты я формую немного по другому. Формовка производится так, чтобы компонент стоял над платой, в таком случае тепло меньше будет переходит на плату и не будет ее разрушать.

Так выглядят отформованные мощные резисторы на плате.
Все компоненты паялись только снизу, припой который вы видите на верхней части платы проник сквозь отверстие благодаря капиллярному эффекту. Желательно паять так, чтобы припой немного проникал на верхнюю часть, это увеличит надежность пайки, а в случае тяжелых компонентов их лучшую устойчивость.

Если до этого выводы компонентов я формовал при помощи пинцета, то для диодов уже понадобятся небольшие плоскогубцы с узкими губками.
Формуются выводы примерно также как у резисторов.

Но вот при установке есть отличия.
Если у компонентов с тонкими выводами сначала происходит установка, потом обкусывание, то у диодов все наоборот. Вы просто не загнете после обкусывания такой вывод, потому сначала загибаем вывод, потом обкусываем лишнее.

Силовой узел собран с применением двух транзисторов включенных по схеме Дарлингтона.
Один из транзисторов устанавливается на небольшой радиатор, лучше через термопасту.
В комплекте было четыре винтика М3, один идет сюда.

Пара фото почти спаянной платы. Установку клеммников и остальных компонентов я расписывать не буду, это интуитивно понятно, да и видно по фотографии.
Кстати насчет клеммников, на плате установлены клеммники для подключения входа, выхода, питания вентилятора.

Плату я пока не промывал, хотя часто делаю это на этом этапе.
Обусловлено это тем, что будет еще небольшая часть по доработке.

После основного этапа сборки у нас остались следующие компоненты.
Мощный транзистор
Два переменных резистора
Два разъема для установки на плату
Два разъема с проводами, кстати провода очень мягкие, но небольшого сечения.
Три винтика.

Изначально производитель задумывал разместить переменные резисторы на самой плате, но так они ставятся настолько неудобно, что я даже не стал их паять и показал просто для примера.
Они стоят очень близко и регулировать будет крайне неудобно, хотя и реально.

Но спасибо что не забыли дать в комплекте провода с разъемами, так гораздо удобнее.
В таком виде резисторы можно вынести на переднюю панель прибора, а плату установить в удобном месте.
Попутно запаял мощный транзистор. Это обычный биполярный транзистор, но имеющий максимальную рассеиваемую мощность до 100 Ватт (естественно при установке на радиатор).
Осталось три винтика, я не понял куда их даже применить, если по углам платы, то надо четыре, если крепить мощный транзистор, то они короткие, в общем загадка.

Питать плату можно от любого трансформатора с выходным напряжением до 22 Вольт (в характеристиках заявлено 24, но я выше пояснил почему такое напряжение применять нельзя).
Я решил использовать давно лежащий у меня трансформатор для усилителя Романтика. Почему для, а не от, да потому, что он еще нигде не стоял:)
Этот трансформатор имеет две выходные силовые обмотки по 21 Вольту, две вспомогательные по 16 Вольт и экранирующую обмотку.
Напряжение указано для входного 220, но так как у нас сейчас уже стандарт 230, то и выходные напряжения будут немного выше.
Расчетная мощность трансформатора около 100 Ватт.
Выходные силовые обмотки я запараллелил, чтобы получить больше ток. Можно было конечно использовать схему выпрямления с двумя диодами, но лучше с ней не будет, потому оставил так как есть.

Для тех, кто не знает как определить мощность трансформатора, я снял небольшое видео.

Первое пробное включение. На транзистор я установил небольшой радиатор, но даже в таком виде был довольно большой нагрев, так как БП линейный.
Регулировка тока и напряжения происходит без проблем, все заработало сразу, потому я уже вполне могу рекомендовать этот конструктор.
Первое фото - стабилизация напряжения, второе - тока.

Для начала я проверил, что выдает трансформатор после выпрямления, так как это определяет максимальное выходное напряжение.
У меня получилось около 25 Вольт, не густо. Емкость фильтрующего конденсатора 3300мкФ, я бы советовал его увеличить, но даже в таком виде устройство вполне работоспособно.

Так как для дальнейшей проверки надо было уже применять нормальный радиатор, то я перешел к сборке всею будущей конструкции, так как установка радиатора зависела от задуманного конструктива.
Я решил применить лежащий у меня радиатор Igloo7200. По заявлению производителя такой радиатор способен рассеивать до 90 Ватт тепла.

В устройстве будет применен корпус Z2A по идее польского производства, цена около 3 долларов.

Изначально я хотел отойти от приевшегося моим читателям корпуса, в котором я собираю всякие электронные штучки.
Для этого я выбрал немного меньший корпус и купил к нему вентилятор с сеточкой, но всунуть в него всю начинку не получалось и был приобретен второй корпус и соответственно второй вентилятор.
В обоих случаях я покупал вентиляторы Sunon, мне очень нравится продукция этой фирмы, также в обоих случаях покупались вентиляторы на 24 Вольта.

Вот так по задумке у меня должен был устанавливаться радиатор, плата и трансформатор. Остается даже немного места на расширение начинки.
Всунуть вентилятор внутрь не получалось никак, потому было принято решение разместить его снаружи.

Размечаем крепежные отверстия, нарезаем резьбу, привинчиваем для примерки.

Так как выбранный корпус имеет внутреннюю высоту 80мм, а плата также имеет такой размер, то я закрепил радиатор так, чтобы плата получалась симметрично по отношению к радиатору.

Выводы мощного транзистора также надо немного отформовать чтобы они не деформировались при прижатии транзистора к радиатору.

Небольшое отступление.
Производитель почему то задумал место для установки довольно небольшого радиатора, из-за этого при установке нормального получается так, что стабилизатор питания вентилятора и разъем для его подключения мешают.
Мне пришлось их выпаять, а место где они были, заклеить скотчем, чтобы не было соединения с радиатором, так как на нем присутствует напряжение.

Лишний скотч с обратной стороны я обрезал, иначе получалось как то совсем неаккуратно, будем делать по Феншую:)

Так выглядит печатная плата с окончательно установленным радиатором, транзистор устанавливается через термопасту, и лучше применить хорошую термопасту, так как транзистор рассеивает мощностью сопоставимую с мощным процессором, т.е. около 90 Ватт.
Заодно я сразу сделал отверстие для установки платы регулятора оборотов вентилятора, которое в итоге все равно пришлось пересверливать:)

Для установки нуля и выкрутил оба регулятора в крайнее левое положение, отключил нагрузку и выставил на выходе ноль. Теперь выходное напряжение будет регулироваться от нуля.

Дальше несколько тестов.
Я проверял точность поддержания выходного напряжения.
Холостой ход, напряжение 10.00 Вольт
1. Ток нагрузки 1 Ампер, напряжение 10,00 Вольт
2. Ток нагрузки 2 Ампера, напряжение 9.99 Вольта
3. Ток нагрузки 3 Ампера, напряжение 9.98 Вольта.
4. Ток нагрузки 3,97 Ампера, напряжение 9.97 Вольта.
Характеристики весьма неплохие, при желании их можно еще немного улучшить, изменив точку подключения резисторов обратной связи по напряжению, но как по мне, достаточно и так.

Также я проверил уровень пульсаций, проверка проходила при токе 3 Ампера и выходном напряжении 10 Вольт

Уровень пульсаций составил около 15мВ, что очень хорошо, правда подумал, что на самом деле пульсации, показанные на скриншоте, скорее пролазили от электронной нагрузки, чем от самого БП.

После этого я приступил к сборке самого устройства в целом.
Начал с установки радиатора с платой блока питания.
Для этого разметил место установки вентилятора и разъема для подключения питания.
Отверстие размечалось не совсем круглым, с небольшими «срезами» вверху и внизу, они нужны для увеличения прочности задней панели после вырезания отверстия.
Самую большую сложность обычно представляют отверстия сложной формы, например под разъем питания.

Большое отверстие вырезается из большой кучи маленьких:)
Дрелька + сверло диаметром 1мм иногда творят чудеса.
Сверлим отверстия, много отверстий. Может показаться что это долго и нудно. Нет, наоборот, это очень быстро, полная сверловка панели занимает около 3 минут.

После этого я обычно ставлю сверло чуть больше, например 1.2-1.3мм и прохожу им как фрезой, получается такой вот прорез:

После этого берем в руки небольшой нож и зачищаем получившиеся отверстия, заодно немного подрезаем пластмассу, если отверстие получилось чуть меньше. Пластмасса довольно мягкая, потому работать удобно.

Последним этапом подготовки сверлим крепежные отверстия, можно сказать что основная работа над задней панелью окончена.

Устанавливаем радиатор с платой и вентилятор, примеряем получившийся результат, при необходимости «дорабатываем при помощи напильника».

Почти в самом начале я упомянул о доработке.
Дорабатывать я буду немного.
Для начала я решил заменить родные диоды во входном диодном мосте на диоды Шоттки, я купил для этого четыре штуки 31DQ06. и тут я повторил ошибку разработчиков платы, купив по инерции диоды на тот же ток, а надо было на больший. Но все равно нагрев диодов будет меньше, так как падение на диодах Шоттки меньше, чем на обычных.
Во вторую очередь я решил заменить шунт. Меня не устраивало не только то, что он греется как утюг, а и то, что на нем падает около 1.5 Вольта, которые можно пустить в дело (в смысле в нагрузку). Для этого я взял два отечественных резистора 0.27Ома 1% (это еще и улучшит стабильность). Почему так не сделали разработчики, непонятно, цена решения абсолютно та же самая что и в варианте с родным резистором на 0.47 Ома.
Ну и уже скорее как дополнение я решил заменить родной конденсатор фильтра 3300мкФ более качественный и емкий Capxon 10000 мкФ…

Так выглядит получившаяся конструкция с замененными компонентами и установленной платой термоконтроля вентилятора.
Получилось немного колхозно, и к тому же я случайно сорвал один пятачок на плате при установке мощных резисторов. Вообще можно было спокойно применить менее мощные резисторы, например один резистор на 2 Ватта, просто у меня такого не было в наличии.

Снизу также добавилось немного компонентов.
Резистор на 3.9к, параллельно крайним контактам разъема для подключения резистора регулировки тока. Он нужен для уменьшения напряжения регулировки так как напряжение на шунте у нас теперь другое.
Пара конденсаторов на 0.22мкФ, один параллельно выходу с резистора регулировки тока, для уменьшения наводок, второй просто по выходу блока питания, он не особо нужен, просто я случайно достал сразу пару и решил применить оба.

Вся силовая часть соединена, на трансформатор попутно установлена плата с диодным мостом и конденсатором для питания индикатора напряжения.
По большому счету эта плата необязательна в текущем варианте, но питать индикатор от предельных для него 30 Вольт у меня рука не поднялась и я решил использовать дополнительную обмотку на 16 Вольт.

Для организации передней панели были использованы следующие компоненты:
Клеммы для подключения нагрузки
Пара металлических ручек
Выключатель питания
Красный светофильтр, заявлен как светофильтр для корпусов КМ35
Для индикации тока и напряжения я решил использовать плату оставшуюся у меня после написания одного из обзоров. Но меня не устраивали маленькие индикаторы и потому были куплены более крупные с высотой цифры 14мм, а к ним была изготовлена печатная плата.

Вообще данное решение временное, но хотелось даже временно сделать аккуратно.

Несколько этапов подготовки передней панели.
1. Чертим макет передней панели в натуральную величину (я использую обычный Спринт Лайаут). Преимущество применения одинаковых корпусов в том, что подготовить новую панель очень просто, так как уже известны необходимые размеры.
Прикладываем распечатку к передней панели и в углах квадратных/прямоугольных отверстий сверлим разметочные отверстия диаметром 1мм. Тем же сверлом насверливаем центры остальных отверстий.
2. По получившимся отверстиям размечаем места реза. Меняем инструмент на тонкую дисковую фрезу.
3. Прорезаем прямые линии, спереди четко по размерам, сзади немного больше, чтобы прорез был максимально полным.
4. Выламываем вырезанные куски пластмассы. Я обычно их не выбрасываю, так как они еще могут пригодится.

Аналогично подготовке задней панели обрабатываем получившиеся отверстия при помощи ножа.
Отверстия большого диаметра я рекомендую сверлить , оно не «закусывает» пластмассу.

Примеряем то, что у нас получилось, при необходимости дорабатываем при помощи надфиля.
Мне пришлось немного расширять отверстие под выключатель.

Как я выше писал, для индикации я решил использовать плату, оставшуюся от одного из прошлых обзоров. Вообще это очень плохое решение, но для временного варианта более чем подходящее, я позже объясню почему.
Выпаиваем с платы индикаторы и разъемы, прозваниваем старые индикаторы и новые.
Я расписал себе цоколевку обоих индикаторов, чтобы не запутаться.
В родном варианте были применены четырехразрядные индикаторы, я применил трехразрядные. так как больше у меня не влазило в окно. Но так как четвертый разряд нужен лишь для отображения буквы A или U, то их потеря не критична.
Светодиод индикации режима ограничения тока я расположил между индикаторами.

Подготавливаю все необходимое, со старой платы выпаиваю резистор на 50мОм, который будет использоваться как и раньше, в качестве токоизмерительного шунта.
Вот с этим шунтом и связана проблема. Дело в том, что в таком варианте у меня будет падение напряжения на выходе на 50мВ на каждый 1 Ампер тока нагрузки.
Избавиться от этой проблемы можно двумя способами, применить два отдельных измерителя, на ток и напряжение, при этом запитав вольтметр от отдельного источника питания.
Второй способ - установить шунт в плюсовом полюсе БП. Оба варианта мне не подходили под временное решение, потому я решил наступить на горло своему перфекционизму и сделать упрощенный вариант, но далеко не самый лучший.

Для конструкции я использовал монтажные стойки, оставшиеся от платы DC-DC преобразователя.
С ними у меня получилась очень удобная конструкция, плата индикатора крепится к плате ампервольтметра, которая в свою очередь крепится к плате силовых клемм.
Получилось даже лучше чем я ожидал:)
Также на плате силовых клемм я расположил токоизмерительный шунт.

Получившаяся в итоге конструкция передней панели.

А потом я вспомнил, что забыл установить более мощный защитный диод. пришлось допаивать его потом. Я использовал диод, оставшийся после замены диодов во входном мосте платы.
Конечно по хорошему надо бы еще добавить предохранитель, но это уже не в этой версии.

А вот резисторы регулировки тока и напряжения я решил поставить получше, чем те, которые предложил производитель.
Родные вполне качественные, и имеют плавный ход, но это обычные резисторы и как по мне лабораторный блок питания должен иметь возможность более точной подстройки выходного напряжения и тока.
Еще когда я думал заказать плату БП, то я увидел в магазине и заказал на обзор и их, тем более что они имели тот же номинал.

Вообще я обычно применяю для таких целей другие резисторы, они совмещают внутри себя сразу два резистора, для грубой и плавной регулировки, но в последнее время не могу найти их в продаже.
Может кто нибудь знает их импортные аналоги?

Резисторы вполне качественные, угол поворота 3600 градусов, или по простому - 10 полных оборотов, что обеспечивает перестройку 3 Вольта или 0.3 Ампера на 1 оборот.
С такими резисторами точность регулировки получается примерно в 11 раз точнее чем с обычными.

Новые резисторы в сравнении с родными, габарит конечно впечатляет.
Попутно я немного укоротил провода к резисторам, это должно улучшить помехоустойчивость.

Упаковал все в корпус, в принципе даже осталось немного места, есть куда расти:)

Экранирующую обмотку я соединил с заземляющим проводником разъема, плата дополнительного питания расположена прямо на клеммах трансформатора, это конечно не очень аккуратно, но другого варианта я пока не придумал.

Проверка после сборки. Все завелось почти с первого раза, я случайно перепутал два разряда на индикаторе и долго не мог понять что не так ст регулировкой, после переключения все стало как надо.

Последний этап - вклеивание светофильтра, установка ручек и сборка корпуса.
Светофильтр имеет по периметру утончение, основная часть утапливается в окно корпуса, а более тонкая часть приклеивается двухсторонним скотчем.
Ручки изначально были рассчитаны под диаметр вала 6.3мм (если не путаю), у новых резисторов вал тоньше, пришлось одеть на вал пару слоев термоусадки.
Переднюю панель я решил пока никак не оформлять и тому есть две причины:
1. Управление настолько интуитивно понятно, что нет пока особого смысла в надписях.
2. Я планирую дорабатывать данный блок питания, потому возможны изменения в дизайне передней панели.

Пара фото получившейся конструкции.
Вид спереди:

Вид сзади.
Внимательные читатели наверняка заметили, что вентилятор стоит так, что выдувает горячий воздух из корпуса, а не нагнетает холодный между ребер радиатора.
Я решил так сделать потому, что радиатор по высоте чуть меньше корпуса, и чтобы горячий воздух не попадал внутрь, я поставил вентилятор наоборот. Это конечно заметно снижает эффективность отвода тепла, но позволяет немного вентилировать и пространство внутри БП.
Дополнительно я рекомендовал бы сделать несколько отверстий снизу нижней половины корпуса, но это уже скорее дополнение.

После всех переделок у меня получился ток чуть меньше, чем в изначальном варианте, и составил около 3.35 Ампера.

И так, попробую расписать плюсы и минусы данной платы.
Плюсы
Отличное качество изготовления.
Почти правильная схемотехника устройства.
Полный комплект деталей для сборки платы стабилизатора блока питания
Хорошо подходит начинающим радиолюбителям.
В минимальном виде дополнительно требует только трансформатор и радиатор, в более расширенном еще и ампервольтметр.
Полностью работоспособно после сборки, хотя и с некоторыми нюансами.
Отсутствие емких конденсаторов на выходе БП, безопасен при проверке светодиодов и т.п.

Минусы
Неправильно выбран тип операционных усилителей, из-за этого диапазон входного напряжения должен быть ограничен на уровне 22 Вольта.
Не очень подходящий номинал резистора измерения тока. Он работает в нормальном для него тепловом режиме, но лучше его заменить, так как нагрев очень большой и может навредить окружающим компонентам.
Входной диодный мост работает на максимуме, лучше заменить диоды на более мощные

Мое мнение. В процессе сборки у меня создалось впечатление, что схему разрабатывали два разных человека, один применил правильный принцип регулировки, источник опорного напряжения, источник напряжения отрицательной полярности, защиту. Второй неправильно подобрал под это дело шунт, операционные усилители и диодный мост.
Схемотехника устройства очень понравилась, а разделе доработки я сначала хотел заменить операционные усилители, даже купил микросхемы с максимальным рабочим напряжением в 40 Вольт, но потом передумал дорабатывать. но в остальном решение довольно правильное, регулировка плавная и линейная. Нагрев конечно есть, без него никуда. Вообще как по мне, то для начинающего радиолюбителя это очень неплохой и полезный конструктор.
Наверняка найдутся люди, которые напишут что проще купить готовый, но я думаю что самому собрать и интереснее (наверное это самое главное) и полезнее. Кроме того у многих вполне спокойно дома найдется и трансформатор и радиатор от старого процессора, и какая нибудь коробочка.

Уже в процессе написания обзора у меня еще больше усилилось чувство, что этот обзор будет началом в серии обзоров посвященных линейному блоку питания, есть мысли по доработке -
1. Перевод схемы индикации и управления в цифровой вариант, возможно с подключением к компьютеру
2. Замена операционных усилителей на высоковольтные (пока не знаю на какие)
3. После замены ОУ хочу сделать две автоматически переключаемые ступени и расширить диапазон выходного напряжения.
4. Изменить принцип измерения тока в устройстве индикации так, чтобы не было просадки напряжения под нагрузкой.
5. Добавить возможность отключения выходного напряжения кнопкой.

На этом наверное и все. Возможно я еще что то вспомню и дополню, но больше я жду комментариев с вопросами.
Также в планах посвятить еще несколько обзоров конструкторам для начинающих радиолюбителей, возможно у кого нибудь будут предложения по поводу определенных конструкторов.

Не для слабонервных

Сначала не хотел показывать, но потом решил все таки сделать фото.
Слева блок питания, которым я пользовался много лет до этого.
Это простенький линейный БП с выходом 1-1.2 Ампера при напряжении до 25 Вольт.
Вот его я и захотел заменить на что то более мощное и правильное.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.