Блоки питания, преобразователи напряжения, UPS'ы - это здесь :)
Ответить

Универсальный блок питания с двухступенчатым регулированием.

Чт дек 19, 2019 14:57:24

Станислав Вычугжанин,
Санкт-Петербург, 19.12.2019г.

Универсальный блок питания с двухступенчатым регулированием.

В радиолюбительской практике невозможно обойтись без блока питания (БП) с регулировкой выходного напряжения. Желательно, также, чтобы кроме регулирования выходного напряжения была возможность регулировать и выходной ток, что во многих случаях может «спасти» налаживаемое устройство от выхода из строя при ошибках в момент настройки. А может просто потребоваться нормированный выходной ток. БП с такими возможностями обычно называют лабораторным. Правда, чтобы называться лабораторным, к нему предъявляются и другие требования. В частности, это пониженный уровень пульсаций и помех, а также индикация выходного напряжения и тока. Такой блок питания можно изготовить по двум основным принципам: трансформаторный и импульсный. К другим разновидностям можно отнести способ регулирования выходного напряжения и тока: линейное и импульсное. К высококачественным устройствам обычно относятся трансформаторные ЛБП с линейной стабилизацией. Но у них есть существенный недостаток – большая масса и повышенный расход дефицитных материалов. У блоков с импульсным регулированием очень хорошие массогабаритные показатели и высокий КПД, но, как указывалось выше, значительно худшие выходные характеристики.

Несмотря на хорошие технические характеристики, линейные стабилизаторы значительную часть потребляемой мощности переводят в тепло от регулирующего элемента, которыми могут быть как транзисторы, так и специализированные ИМС. Особенно сильно это проявляется при максимальных токах и минимальных выходных напряжениях. Часто, чтобы купировать этот недостаток, применяют трансформатор с отводами и мощный переключатель, что, естественно, усложняет схему.

Проанализировав текущее положение, я пришел к решению изготовить экспериментальный ЛБП, в котором совмещены достоинства двух разновидностей БП, а недостатки минимизированы. Основная идея состоит в том, что напряжение до регулирующего элемента формируется ШИМ методом, а окончательное выходное напряжение линейным стабилизатором. При этом чтобы избавиться от лишнего нагрева, на линейном регулирующем элементе непрерывно поддерживается напряжение в пределах нескольких вольт независимо от выходного напряжения и тока. Этого перепада достаточно, чтобы пульсации и помехи от импульсного блока не проникали через линейный стабилизатор на выход. Таким образом, задача линейного стабилизатора заключается в поддержании заданного выходного напряжения, а импульсный стабилизатор создает необходимую разность напряжения между входом и выходом линейного стабилизатора во всех режимах его работы. Очевидно, что рассеиваемая мощность при этом незначительна и зависит только от выходного тока при любом напряжении.

Схема двухступенчатого БП состоит из следующих составных частей: сетевой помехоподавляющий фильтр, выпрямитель сетевого напряжения, источник гальванически развязанных вспомогательных напряжений на ИМС Viper22, ШИМ регулятор (TL494), драйвер верхнего и нижнего плеча (L6388), выходные транзисторы (IRF740) в полумостовом включении. Цепи ШИМ регулирования обеспечены оптической развязкой на диодно-транзисторных оптронах широкого применения PC817. Другой особенностью сетевого блока является цепь ограничения выходной мощности, которую можно настроить в соответствии с задачами, возложенными на устройство. Датчиком мощности является низкоомный резистор R38, включенный в отрицательную линию питания выпрямленным сетевым напряжением. Этот резистор включен не общепринятым способом, а несколько иначе. При этом на резисторе регистрируются импульсы тока как положительного, так и отрицательного тактов работы выходных силовых транзисторов. В общепринятой схеме регистрируются только четные или нечетные импульсы, т.е. частота их в два раза ниже. Данный способ обеспечивает большую чувствительность датчика, а соответственно и скорость реакции на перегрузку. Сигнал с датчика подается на один из усилителей ошибки TL494 и включен в общую схему ШИМ регулирования. В данном устройстве применено ступенчатое ограничение мощности переключателем SA1. С данными номиналами резисторов R6, R7 ограничение около 30 и 100 Вт. Увеличение номиналов резисторов повышает допустимую выходную мощность. Второй ступенью является ИМС LT1764 c возможностью плавного регулирования.

Резистор R39 является датчиком выходного тока. На ОУ DA5.1 выполнен усилитель сигнала датчика, а в дальнейшем он подается на оптронную развязку регулятора ШИМ. На второй вход ОУ подается опорное напряжение с регулятора желаемого тока ограничения с потенциометра R25. В данной схеме ток ограничения можно установить до 5А, а при помощи переключателя S1 предел регулировки можно уменьшить до 1А, что может быть полезно при налаживании маломощных схем. Минимальный ток ограничения можно выставить менее 100мА. Датчик тока может быть размещен на печатной плате, но в данной конструкции использован резистор, входящий в состав индикатора тока и напряжения приобретенного на Алиэкспресс. Желательно этот резистор перенести из корпуса индикатора на основную плату. Этим исключается влияние соединительных проводов на работу блока. Система ШИМ регулирования настроена на поддержание разности напряжений между входом и выходом линейного регулятора примерно 2,5 В. Этого достаточно для хорошего подавления пульсаций и помех поступающих от импульсного блока питания. Это напряжение зависит от цепочки VD6-VD8 и может быть при необходимости увеличено. Элемент VD6 – это двухполюсный источник тока на 20мА и предназначен для защиты оптрона от перегрузки при аварийной ситуации. Его можно заменить резистором, который ограничит предельный ток оптрона 50 миллиамперами (но это только в аварийной ситуации, в рабочих режимах ток не превышает нескольких миллиампер).

В качестве источника вспомогательного напряжения взята схема и детали от одного из компьютерных БП АТХ (дежурный источник питания +5 В). Необходимым условием является наличие выпрямленного напряжения с обмотки «II» от трансформатора TR2 около +15 В. При заниженном напряжении драйвер верхнего и нижнего плеча ИБП может не запуститься или запустится только нижнее плечо. В процессе отладки выяснилось, что если вспомогательный БП (в данном случае +5 В) не достаточно нагружен, то напряжение на другом выпрямителе становится заниженным и источник питания с ШИМ не стартует. В данном устройстве оказалось достаточным нагрузить источник +5В резистором 100 Ом. Это напряжение выведено на лицевую панель для питания различных устройств через порт USB. Допустимо в качестве драйвера использовать микросхему IR2101 или ей подобную, учитывая, что цоколевка у них различается, а встроенный диод отсутствует.

Особенностью БП является не очень высокое выходное напряжение из-за примененного низковольтного линейного регулятора (около 22 В). Можно применить более высоковольтный (Lm317, слегка видоизменив схему) или выполнить его на транзисторах. Если больших выходных токов не требуется, то транзистор VT1 и R20 можно не устанавливать. Трансформатор TR3 использован от компьютерного БП без переделок. Цоколевка и параметры трансформаторов различных БП ранних выпусков фактически унифицированы. При необходимости иметь большее выходное напряжение, вторичную обмотку придется домотать. Индуктивность L1 взята из того же источника. Это дроссель групповой стабилизации с сердечником из распыленного железа. На него намотано 25 витков изолированного провода диаметром 1 мм. Выходные диоды - импульсные на ток 10А и напряжение не менее 100 В. Дроссель L2 – несколько витков провода на небольшом ферритовом стерженьке.

На фотографиях показаны этапы изготовления полумакетного образца. Поэтому часть монтажа выполнена навесным способом. Блок с желтой лицевой панелью – это ранний вариант блока без двухступенчатого регулирования и без драйвера верхнего плеча. Верхнее плечо организовано при помощи трансформатора. В статье приведен последний вариант принципиальной схемы и печатной платы. Печатная плата устройства в формате «Lay» изображена со стороны печатных проводников. Не гарантирую, что документация абсолютно без ошибок, но старался все причесать. Частота задающего генератора отрегулирована в пределах 30 – 40 кГц. Транзисторы преобразователя на радиаторы не устанавливались, т.к. практически не греются. Возможно, это и понадобится, если блок использовать на всю катушку.

Более подробная информация о проекте на диске.
https://yadi.sk/d/tWRK7i_LuGA7PQ
Вложения
БП Лаб L6388 9d13.GIF
(46.09 KiB) Скачиваний: 515
БП Лаб L6388 9d13 lay.GIF
(63.62 KiB) Скачиваний: 352

Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулирован

Вс дек 22, 2019 09:49:45

Немного доработал схемку. Теперь можно использовать более распространенную LM317. Рабочее напряжение у нее повыше. Можно делать блок до 30 Вольт.
Плату тоже немного улучшил. Вид со стороны печатных проводников.

https://yadi.sk/d/5qCmlkhzMoYFtw
Вложения
БП Лаб L6388 317 9d20.GIF
(61.5 KiB) Скачиваний: 275
БП Лаб L6388 317 9d20 lay.GIF
(108.12 KiB) Скачиваний: 191

Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулирован

Вс дек 22, 2019 10:20:29

"вашей идеи" от роду аж полвека..
1-еще вдалеких в 60-70х совковыми инженерами разработаны такие смещаные бп с предстабилизацией и пост стабилизацией возможно вы не в теме
но серийные бп Б5-43...Б5-50 ка раз порстроеныв по такой топологи :wink: :beer: это был
предстаб полумост на 2т809/2т840 подерживающий напряжени на линейном элементе 2т808а крутого линейного стаба напряжения/тока(их беда писк иза низкой частоты иневертора)
были и другие релизы -тирристорный СИФУ предстаб ка 1ф таки 3 и 6 фазные...(разумется с дифдроселем после ларионова) они не пищат толко слегка гудят..
были иеще варианты мене ныне извесные и почти не публикованые
на базе неуправляемого инвертора с жеской ВАХ рулимой пор 1вичному питанию с охватом 2 петлями ООС
так что вы не че не изобрели...скоре хитро сплагиатили чужую идею
насрав на Copyright(c) :))) :wink:

Добавлено after 17 minutes 43 seconds:
Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулированием.
ладно кол скоро идею вы украли
плаглагиатили б и схемотехнику 3846 однозначно для раскачки полумаста/моста делает ваши связки устаревщих 494 и полудохлых склоных в баху L6388

Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулирован

Вс дек 22, 2019 10:23:09

Вы забыли упомянуть, что я еще пользовался алфавитом, а его тоже кто то изобрел.

Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулирован

Вс дек 22, 2019 15:18:48

Ну почему 494 устарела? Норм микросхема, как ак47. В этом проекте l6388 заменить на ir2010, тоже болеелименее надежная, и токоизмеритель немного переделать

Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулирован

Вс дек 22, 2019 15:40:31

разрабаьтывая штучку сейчас на вырост брать за основу древнюю элементную базу 30летней давности като глупо и не разумно...
ну а недостатки сдвоеного драйвера гатей перет железным GDT очевидны думаю всем кроме вас...
просто при бахе ключей драйвер уносит за ними вслед..

Добавлено after 56 seconds:
Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулированием.
а слабый драйф силы гробит ключи сам сквознячком продувает...

Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулирован

Вс дек 22, 2019 17:07:47

Станислав Вычугжанин,

А можно ли посмотреть осциллограммы на выходе при разных токах нагрузки и НЧ и ВЧ развертке?

Re: Универсальный блок питания с двухступенчатым регулирован

Вс дек 22, 2019 18:16:46

Макет полуразобран, немного подождите, соберу и сфоткаю.

Вот, что вышло. Это на выходе одной из половин вторичной обмотки.

PS. Заметил небольшую ошибку: R33 и R37 должны быть одного номинала.
Вложения
Out 1,24V 0,23A.JPG
(206.91 KiB) Скачиваний: 337
Out 20V 1,24A.JPG
(197.17 KiB) Скачиваний: 282
Ответить