Стабилизатор напряжения 10 вольт руками. Мощный блок питания схема

Рано или поздно у любого радиолюбителя возникнет надобность в мощном блоке питания как для проверки различных электронных узлов и блоков, так и для питания мощных радиолюбительских самоделок.

В схеме применяется обычная микросхема LM7812, но выходной ток может достигать предела в 30A, он усиливается с помощью специальных транзисторов Дарлингтона TIP2955, их еще называют составные. Каждый из них может выдавать на выходе до 5 ампер, а так как их шесть в результате суммарный выходной ток около 30 А. При необходимости вы можете увеличить или уменьшить количество составных транзисторов, чтобы получить нужный вам ток на выходе.

Микросхема LM7812 обеспечивает около 800 мА. Предохранитель применяется для защиты ее от высоких бросков тока. Транзисторы и микросхема необходимо разместить на больших радиаторах. Для тока 30 ампер нам понадобится очень большой радиатор. Сопротивления в эмиттерных цепях применяются для стабильности и выравнивания токов каждого плеча составного транзистора, ведь уровень их усиления будет различным для каждого конкретного экземпляра. Номинал резисторов 100 Ом.

Выпрямительные диоды, должны быть рассчитаны на ток не ниже 60 ампер, а лучше выше. Сетевой трансформатор с током вторичной обмотки 30 ампер является наиболее трудно доставаемой частью конструкции. Входное напряжение стабилизатора должно быть на несколько вольт больше выходного напряжения 12 В.

Внешний вид блока питания вы можете посмотреть на рисунке ниже, чертежа печатной платы к сожалению не сохранилось, но я рекомендую сделать его своими руками в утилите .

Настройка схемы. Сначала лучше не подключать нагрузку, а с помощью мультиметра убедится в наличии 12 Вольт на выходе схемы. Затем подключите нагрузку обычное сопротивление ом на 100 и не менее 3 Вт. Показания мультиметра не должны измениться. Если нет 12 вольт - отсоедините питание и внимательно проверьте всю коммутацию.

В предлагаемом блоке питания установлен мощный полевой транзистор IRLR2905.В открытом состоянии сопротивление канала 0,02 Ома. Мощность, рассеиваемая VT1, более 100 Вт.

Переменное сетевое напряжение следует на выпрямитель и сглаживающий фильтр, и далее уже отфильтрованное поступает на сток полевого транзистора и через сопротивление R1 на затвор, открывая VT1. Часть выходного напряжения через делитель следует на вход микросхемы КР142ЕН19, замыкая цепь отрицательной ОС. Напряжение на выходе стабилизатора увеличивается до тех пор, пока напряжение на входе управления DA1 не достигнет порогового уровня в 2,5 В. В момент достижения микросхема открывается, снижая напряжение на затворе, таким образом, схема БП входит в режим стабилизации. Для плавной регулировку выходного напряжения сопротивление R2 меняют на потенциометр.

Наладка и регулировка: Задаем необходимое выходное напряжение R2. Проверяем стабилизатор на предмет самовозбуждения с помощью осциллографа. Если оно имеет место, то параллельно емкостям C1, С2 и С4 требуется подсоединить керамические конденсаторы номиналом 0,1 мкФ.

Сетевое напряжение следует через предохранитель на первичную обмотку силового трансформатора. С его вторичной обмотки идет уже пониженное напряжение на 20 вольт при силе токе до 25А. При желании этот трансформатор можно сделать своими руками на основе силового трансформатора от старого лампового телевизора.

В одном из своих я показал как сделать неплохой блок питания самому и жаловался, почему в продаже редко попадаются хорошие блоки питания. Этот блок питания мне понравился уже просто по картинке, но так как картинка бывает обманчива, я решил его рассмотреть поближе и испытать.
В обзоре будет описание, фотки, испытания и анализ небольшой ошибки при проектировке.
Продолжение читайте под катом.

Мои читатели наверняка помнят обзор «12 Вольт 5 Ампер блок питания или как это могло быть сделано.» Этот блок питания мне напомнил тот, что делал я в конце обзора:)

Но тесты и проверки это конечно хорошо, но начну я как всегда с того как это ехало и как приехало.
Приехал блок питания не один, про второй товар я расскажу в другой раз, думаю он будет не менее интересным. Ехал быстро, по треку добрался за 8 дней.
А вот к упаковке была претензия, но так как упаковку любят далеко не все, то я несколько фоток спрячу под спойлером.

Упаковка

Пришел заказ в обычном сером пакете, обмотанный поролоновой лентой.

Вот к такой упаковке у меня и были претензии. Упаковщик просто сложил два моих пакетика, обмотал лентой и склеил скотчем, но края остались открытыми.
В итоге пакетики и рулон ленты ехали отдельно. Очень повезло, что ехали недолго и сами по себе были упакованы в отдельные пакеты, иначе могли прорвать упаковку своими радиаторами и вылезти наружу.

Плата была упакована в привычный многим антистатический пакет, с не менее знакомой наклейкой.

Краткие характеристики:
Входное напряжение 85-265 Вольт
Выходное напряжение - 12 Вольт
Ток нагрузки - 6 Ампер номинальный, 8 Ампер максимальный.
Выходная мощность - 100 Ватт (максимальная)

Размеры платы не очень большие, 107х57х30мм.

Есть чертежик с более точными размерами, думаю он будет полезен.

Сама плата выглядит очень аккуратно, полностью соответствует фотографии в магазине, что меня приятно удивило.

На плате присутствуют довольно большие радиаторы, а сама плата выполнена в открытом исполнении, т.е. предназначена для установки в какое нибудь устройство и своего корпуса не имеет.
Брал я ее не просто так, а по делу:) Есть идея переделки одного из моих устройств, но так как я был не уверен в качестве данного блока питания, то решил сначала заказать и попробовать только его, так что будет продолжение. Ну по крайней мере я надеюсь на это.

На плате присутствует входной фильтр, ограничитель пускового тока и безвинтовой клеммник по входу 220 Вольт.
На силовом трансформаторе есть наклейка DC12V-8.
Выходная обмотка трансформатора намотана в 5 проводов

Пайка очень аккуратная, выводы обкушены довольно коротко, ничего не торчит, флюс смыт полностью. Отсутствующих компонетов нет.
Плата двухслойная с двухсторонним монтажом.
Но есть мелкое замечание, на каждом из радиаторов припаян только один крепежный вывод.
На мой взгляд это не очень хорошо. Что помешало припаять оба - непонятно.
Причем на фото магазина все абсолютно точно так же.
Отмечу то, что выходное напряжение измеряется в точке, максимально близкой к выходному разъему, за это плюс, влияет на точность удержания выходного напряжения.

Основные компоненты платы поближе.
Установлен ШИМ контроллер CR6842S, который является полным аналогом более известного контроллера
Почти все установленные резисторы точные, не хуже 1%, об этом говорит четырехзначная маркировка.

Силовой транзистор 600 Вольт 20 Ампер, 0.19 Ома производства Infineon.
Еще одно мелкое замечание, слишком сильно закрутили крепежный винт и он вжал изолирующую втулку. Транзистор остался изолированным от радиатора, да и сам радиатор изолирован от других компонентов, но впечатление несколько подпортило.
Транзистор изолирован от радиатора пластинкой из слюды.

Немного отвлекусь, на фото виден мелкий электролитический конденсатор, судя по пайке его или впаивали потом или меняли, на работоспособность это никак не повлияло (ну или почти никак).
Дело в том, что при резком изменении нагрузки от нуля до 4 Ампер или более, БП может отключиться на 0.5 секунды. Я бы советовал заменить этот электролит на что нибудь типа 47мкФх50 В.
Если такие режимы не планируются, то можно оставить и так.

Выходная диодная сборка 100 Вольт 2х20 Ампер производства ST.
Радиатор на самом деле ровный, это он на фото так вышел:)

Так же видно пару выходных конденсаторов 1000мкФ х 35 Вольт, дроссель выходного фильтра и светодиод индикации включения блока питания.
Здесь разъем уже установили обычный, винтовой.
Хотя как по мне, для встраиваемой платы разъемы вообще вещь лишняя.

Выходные конденсаторы установлены с хорошим запасом по напряжению, это очень хорошо.
Попутно я проверил емкость и ESR этих конденсаторов, вышло так же неплохо.
Прибор показал суммарную емкость и ESR, если пересчитать на каждый в отдельности, то будет примерно 1050мкФ и 30мОм.
Конденсаторы врядли фирменные, но характеристики вполне нормальные, порадовало рабочее напряжение в 35 Вольт, Я в своих БП обычно и то применяю конденсаторы на 25 Вольт.

Ну и «что бы два раза не бегать», проверил входной электролит.
Написано 82мкФ 400 Вольт 105 градусов.
Емкость почти в норме, ESR в норме.
Производитель конденсатора Taicon.

Ну и конечно начертил схему этого блока питания. Нумерация большинства компонентов соответствует печатной плате.

Для тестирования блока питания приготовил вот такую кучку всякого разного:)
Ничего необычного:
Нагрузочные резисторы 3 штуки 10 Ом и одна наборка дающая в сумме 3 Ома (5 шт по 15 Ом включенных параллельно) + вентилятор.
Мультиметр
Бесконтактный термометр
Осциллограф
Всякие соединители и провода.

Тестирование блока питания

Процесс тестирования включал в себя последовательное увеличение нагрузки, при этом после каждого повышения нагрузки я ждал около 15 минут, потом измерял температуру основных компонентов и переходил на следующий шаг увеличения нагрузки.
Делитель осциллографа все это время был в положении 1:1.

1. Режим холостого хода. Напряжение 12.29 Вольта.
2. Подключен один резистор 10 Ом, Напряжение немного просело до 12.28 Вольта.

1. Подключено 2 резистора 10 Ом, напряжение 12.28 Вольта.
2. Подключено 3 резистора 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.

1. Подключена наборка сопротивлением 3 Ома + вентилятор, напряжение 12.27 Вольта
2. Наборка 3 Ома + резистор 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.

Небольшое замечание, при подключении нагрузки более 4 ампер БП может отключиться на 0.5 секунды и потом включится опять. Это происходит только при переходе из режима холостого хода, хотя бы небольшая нагрузка убирает этот эффект полностью.

1. Наборка 3 Ома + 2 резистора 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.
2. Режим максимальной нагрузки, наборка 3 Ома + 3 резистора 10 Ом, напряжение 12.27 Вольта.

Как я писал выше, в процессе тестирования я измерял температуры разных компонентов.
Измерялись температуры:
Силового транзистора
Трансформатора
Выходного диода
Первого по схеме выходного конденсатора.

Для более точных показаний измерялась температура непосредственно транзистора и диодной сборки, а не их радиаторов.
При мощности нагрузки 80 Ватт температуру измерил два раза, второе измерение было после дополнительного 10 минутного прогрева.

Резюме:
Плюсы
Качественная сборка
Довольно качественные компоненты с запасом.
Соответствие заявленным параметрам.
Отличная точность стабилизации выходного напряжения
Не вижу необходимости в доработке.
Низкая цена.

Минусы
Замечание к упаковке (минус магазину)
Не пропаяно по одному крепежному контакту на радиаторе.

Мое мнение.
Если честно, то мне этот БП понравился уже внешне на фотке магазина, и была уже некоторая уверенность в том, что я получу в итоге, но одно дело видеть, а другое - попробовать.
БП оставил положительные эмоции, отлично подойдет как встраиваемый в какое то из самодельных устройств.
Конечно не обошлось и без минусов, но они очень малы, в сравнении с плюсами.

Блок питания для обзора был предоставлен магазином banggood.

Надеюсь, что мой обзор будет полезен.
Конечно можно сказать, что я расхваливаю товар, но могу сказать, что блоками питания я занимаюсь около 15 лет, собрал за это время более 1000 штук, сколько отремонтировал и переделал, счет потерял. Потому нормальную вещь не похвалить не могу. Видел вещи и получше, особенно БП пром серии, но там и ценник другой.
Так же можно рассмотреть такого БП, но на меньшую мощность.

Небольшое замечание китайским инженерам

Блок питания показал очень хорошие результаты, но есть небольшое замечание к конструкции, вернее к печатной плате.
Трассировка некоторых цепей выполнена неправильно, и если бы была как надо, то уровень пульсаций можно было бы еще уменьшить.
Покажу на примере.
1. Как сделано в блоке питания, этот участок можно увидеть на плате, я его немного упростил для наглядности.
2. Как это можно сделать лучше без перемещения компонентов на плате
3. как сделать еще лучше, но уже с перемещением компонентов.
Дело в том, что в силовых цепях нежелательно иметь участки, где ток может течь в двух направлениях, так как это увеличивает уровень помех.
Ток должен течь только в одном направлении.
В исходном варианте по одним и тем же дорожкам сначала течет ток заряда конденсатора, потом через них же течет ток разряда.