Простые схемы

Начнем с самых простых схем, собрать которые сможет даже начинающий радиотехник. Но несмотря на простоту и ограниченный функционал, они вполне годятся для питания во время отладки большинства конструкций самостоятельной сборки.

Трансформаторный регулируемый блок питания с симисторным регулятором

Предлагаемый БП довольно прост в изготовлении и позволяет получить постоянное напряжение величиной от 4 до 25 В. Принцип регулирования – фазоимпульсный. Выходной ток зависит от мощности трансформатора и при указанных на схеме элементах может достигать 10 А.

Рассмотрим работу устройства более подробно. Сетевое напряжение подается на первичную обмотку трансформатора Т1 через симистор VS1. Сразу после включения БП симистор закрыт, ток через обмотку трансформатора не течет. При появлении положительной полуволны конденсатор С2 начинает заряжаться через резистор R3 и диод VD1 моста VD1-VD4. Как только напряжение на нем достигнет 160 В, зажжется неоновая лампа HL1 и конденсатор разрядится через управляющий электрод симистора, одновременно открывая его. При этом на сетевую обмотку Т1 начнет поступать напряжение. По окончании полуволны симистор закрывается.

Одновременно этот же резистор через диод VD3 моста подключается параллельно первичной обмотке трансформатора Т1. Сделано это для того, чтобы симистор после короткого открывающего импульса сразу же не закрылся. Ведь он работает на реактивную нагрузку, ток через которую достигнет значения удержания симистором не сразу.

При появлении отрицательной полуволны процесс повторяется, но конденсатор  теперь заряжается напряжением обратной полярности через резистор R5 и диод VD2 моста. Соответственно, при зажигании лампы HL1 к управляющему электроду прикладывается напряжение другой полярности, открывая симистор в обратном направлении. Во время этой фазы параллельно сетевой обмотке подключается резистор R5 через диод VD4.

Время зарядки конденсатора зависит от положения движка переменного резистора R1. Таким образом, при каждой полуволне симистор будет открываться с той или иной задержкой, отсекая передний ее фронт. Чем большая часть полуволны будет отсечена, тем меньшее действующее напряжение будет на первичной, а значит, и на вторичной обмотке сетевого трансформатора. Диоды VD3 и VD4 подключают резисторы.

На месте Т1 может работать любой силовой трансформатор с выходным напряжением 28-30 В. От мощности трансформатора, как было замечено выше, будет зависеть максимальный выходной ток БП. Диоды Д226 можно заменить на любые выпрямительные, рассчитанные на ток не менее 200 мА и напряжение не менее 300 В. Конденсаторы С1, С2 неполярные. КУ208Г можно заменить на КУ208В. Вместо диодов Д245 подойдут любые из серий Д242, Д245, КД213, КД210, Д243, выдерживающие обратное напряжение 50 В и ток 10 А. Конденсатор С5 керамический неполярный.

Диоды VD5-VD8 и симистор VS1 необходимо установить на радиаторы с площадью рассеяния не менее 100 см2 каждый. Если радиатор общий, то элементы придется устанавливать через изолирующие прокладки. При этом площадь рассеяния такого радиатора должна быть соответственно увеличена.

Настройка блока питания сводится к установке необходимого диапазона регулировки напряжения подстроечным резистором R2. Если устройство работает нестабильно (это будет заметно по провалам в свечении лампы HL1 и нестабильному выходному напряжению), то можно попробовать уменьшить номинал резистора R4 до 150 Ом.

Меняем симистор на тиристор

Если в вашем распоряжении не оказалось симистора, можно обойтись  обычным тиристором, немного изменив схему его включения.

Поскольку тиристор не может работать в цепи переменного тока, он питает первичную обмотку трансформатора Тr1 через диодный мост. Схема фазоимпульсного управления представляет собой аналог однопереходного транзистора, собранного на Т1, Т2. Питается схема от простейшего параметрического стабилизатора, состоящего из мощного стабилитрона D1 и токоограничивающего резистора R1.

При появлении полуволны начинается зарядка конденсатора С1. Скорость зарядки можно регулировать при помощи переменного резистора P1. Как только напряжение на конденсаторе достигнет определенного уровня, откроется аналог однопереходного транзистора и разрядит конденсатор через управляющий электрод тиристора VS1. Последний откроется, закоротит диодный мост, который в свою очередь подаст на обмотку Тr1 переменное напряжение. По окончании полуволны тиристор закроется. В начале следующей полуволны процесс повторится.

Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос Таким образом, при каждой полуволне тиристор будет открываться с той или иной задержкой, отсекая передний ее фронт. Чем большая часть полуволны будет отсечена, тем меньшее действующее напряжение будет на первичной, а значит, и на вторичной обмотке сетевого трансформатора.

На месте VD1-VD4 могут работать любые высоковольтные выпрямительные диоды, выдерживающие ток более 3 А и обратное напряжение не менее 300 В. КТ605 можно заменить на КТ809А, КТ629, КТ935 или MJE340. Вместо КТ361 можно поставить КТ361Е, КТ502Г, КТ502В, КТ3107А, КТ501Ж – KT501K. Тиристор КУ202Н заменим на КУ202М. Конденсатор С1 неполярный. Стабилитрон D1 любой на напряжение стабилизации 14-24 В, выдерживающий ток 1 А. Остальные элементы такие же, что и в предыдущей схеме. Диоды обоих мостов и тиристор установлены на радиаторы.

Универсальные схемы регуляторов напряжения и тока на линейных регуляторах LMxxx для любого блока питания

Для сборки регулируемых блоков питания своими руками очень удобно использовать интегральные стабилизаторы напряжения серии LMххх (отечественный аналог КР142ЕНхх). Рассмотрим несколько схем регулировки напряжения и тока на этих микросхемах.

Линейный регулятор напряжения

Этот регулятор собран на весьма популярной микросхеме LM317, представляющей собой интегральный регулируемый стабилизатор напряжения. Схема позволяет изменять выходное напряжение в пределах 4…30 В и может быть использована в блоках питания любого типа.

Поскольку микросхема относительно маломощная (максимальный ток 1.5 А), в качестве силового ключа в конструкцию добавлен мощный транзистор Т1. Регулировка производится при помощи переменного резистора P1. Вместо транзистора КТ819АМ можно использовать приборы этой же серии с буквами БМ-ГМ. Отечественный аналог LM317 – КР142ЕН12А. Конденсатор С3 керамический. Транзистор Т1 и микросхема DD1 устанавливаются на радиаторы с площадью рассеивания не менее 100 см2 каждый. Схема довольно простая и может быть выполнена навесным монтажом, но для тех, кто любит делать все “по уму”, приведем печатную плату стабилизатора.

Печатная плата регулятора 

Регулятор тока

Этот регулятор тоже использует интегральный стабилизатор напряжения LM317, но включенный по схеме стабилизации тока.

Как и в предыдущей схеме, здесь в качестве силового ключа используется мощный транзистор T1. Регулировка тока производится переменным резистором P1. В крайнем верхнем по схеме положении движка ток максимальный, в нижнем – минимальный. Диапазон регулировки –  500 мА … 12 А. Диод D2, включенный последовательно D1, служит для уменьшения нижнего порога регулировки.

В регуляторе можно использовать любые пятнадцатиамперные диоды, выдерживающие обратное напряжение 50 В, КТ818АМ можно заменить на полупроводник той же серии с буквами  БМ-ГМ. Конденсатор С3 керамический. Отечественный аналог LM317 – КР142ЕН12А. Резистор R2 должен иметь мощность не менее 10 Вт. Его можно изготовить из обмоточного провода диаметром 0.8-1 мм, взяв кусок необходимой длины. Транзистор VT1 и диоды D1, D2 необходимо установить на радиаторы. Если радиатор общий, то элементы необходимо установить через изолирующие прокладки.

Если необходимо снизить верхний порог регулировки тока, то сопротивление резистора R2 нужно уменьшить. Рассчитать номинал резистора можно по формуле: I = 1.2/R, где I – необходимый максимальный ток в амперах, R – сопротивление резистора R2 в омах.

Экономичный регулятор – стабилизатор тока

Рассмотренная выше схема, нужно признать, не самая удачная. На токоизмерительном резисторе и диодах D1, D2 бесполезно рассеивается приличная мощность. Массогабаритные показатели узла из-за этих же элементов оставляют желать лучшего.

Предлагаемая ниже схема лишена вышеперечисленных недостатков. В ней отсутствуют мощные диоды вольтдобавки, а токоизмерительный резистор имеет очень малое сопротивление, что уменьшает потребляемую им мощность на порядок. Диапазон же регулировки тока у этой конструкции составляет 0 … 10 А, что вполне отвечает требованиям, предъявляемым к лабораторным источникам питания.

Сердцем регулятора-стабилизатора является операционный усилитель LM358, управляющий ключом на мощном полевом транзисторе Т1. Резисторы R1, R2, R3 совместно со стабилитроном D1 представляют собой генератор опорного напряжения, регулировка тока производится при помощи переменного резистора R3. Резистор R5 токоизмерительный. Он выполнен из отрезка обмоточного провода диаметром 0.5-0.8 мм.

На место T1 можно установить транзистор STP55NF06, стабилитрон 1N4734A заменим на любой маломощный с напряжением стабилизации 5.6 В. Отечественные аналоги микросхемы LM358 – КР1401УД5, КР1053УД2, КР1040УД1. Транзистор Т1 должен быть установлен на радиатор с площадью рассеивания не менее 100 см2.

Лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и ограничением по току

Ну а теперь попробуем из вышеприведенных узлов собрать блок питания, при помощи которого можно регулировать выходное напряжение и устанавливать ограничение по току. При этом и напряжение, и установленный ток будут стабилизированными.

Сетевое напряжение понижается до 25 В силовым трансформатором Тr1, выпрямляется диодным мостом VD1-VD4, сглаживается конденсатором С1 и поступает на регулируемый стабилизатор, собранный на микросхеме DD1 и транзисторе Т1. Регулировка производится переменным резистором P1.

Далее напряжение установленной нами величины подается на регулятор-стабилизатор тока (микросхема DD2, транзистор Т2). Регулировка величины тока производится переменным резистором P2. Более подробно оба эти узла описаны выше.  Поскольку микросхема LM358 не может работать при напряжении питания ниже 7 В, она и генератор опорной частоты (стабилитрон D1) подключены непосредственно к выходу выпрямителя.

Мнение экспертаАлексей БартошСпециалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Задать вопрос Таким образом, мы можем выставить необходимое нам напряжение и установить ток, выше которого блок питания не выдаст даже при коротком замыкании. Это позволит обезопасить отлаживаемую самоделку при ошибках в монтаже и случайных замыканиях во время ее регулировки.

В конструкции можно использовать любой сетевой трансформатор соответствующей мощности со вторичной обмоткой на  25-28 В. Диоды VD1-VD4 можно заменить на любые выпрямительные, рассчитанные на ток не менее 10 А и выдерживающие обратное напряжение не менее 40 В. Их, как и силовые транзисторы T1, T2, необходимо установить на радиаторы.

Схема на транзисторах

Несмотря на богатый выбор микросхем самого различного назначения блоки питания на транзисторах не теряют популярности. Попробуем и мы построить лабораторный БП на этих полупроводниковых приборах.

В этой схеме регулятор-стабилизатор напряжения собран на транзисторах T1, T2. В качестве генератора опорного напряжения используется регулируемый стабилитрон D1. Регулировать напряжение в диапазоне 2.5…20 В можно переменным резистором P1.

Регулятор тока собран на транзисторах Т3, Т4 и стабилитроне D2, исполняющем роль источника опорного напряжения. В качестве токоизмерительного элемента используется сам полевой транзистор T4. Если падение напряжения на нем превысит определенный порог, транзистор Т3 начнет открываться и шунтировать Т4, заставляя его закрываться и ограничивать ток через нагрузку. Регулировка порога ограничения производится переменным резистором P2.

В схеме вместо диодной сборки KBPC2510 можно использовать отдельные диоды, выдерживающие ток 10 А и обратное напряжение не менее 30 В. Подойдут, к примеру, Д245, Д242. На месте Т1 может работать КТ805 или КТ819, Т2 заменяем на КТ867А. КТ315 можно заменить на КТ315Б-Д, КТ3102А, КТ312Б,  КТ503В-Г, П307. Отечественный аналог TL431 — КР142ЕН19А. Диодный мост, Т1, Т2 и Т4 нужно установить на радиаторы.

Запитать устройство можно от любого сетевого трансформатора с выходным напряжением 20-25 В, способного обеспечить ток в нагрузке не менее 15 А.

Использование импульсных преобразователей

До этого мы строили блоки питания на дискретных элементах, но для этого можно использовать готовые модули. В интернете можно найти все что угодно, а стоит это «что угодно», как правило, недорого. Для работы таких преобразователей на вход нужно подать постоянное напряжение, подойдет любой блок питания с соответствующим выходным напряжением (12-24-36 вольт), например, от ноутбука, или несколько блоков питания для светодиодной ленты одинаковой мощности, соединённых последовательно.

Для начала рассмотрим несколько наиболее популярных преобразователей DC/DC, которые можно использовать для построения лабораторных блоков питания.

Понижающий импульсный преобразователь XL4016

Несмотря на относительно невысокую стоимость, этот преобразователь обладает неплохими характеристиками:

• Uвх. – 3…40 В;
• Uвых. – 1.2…35 В (регулируется);
• Iвх. макс. – 10 А;
• I вых. – 140 мА…12 А (регулируется);
• P вых. макс. – 300 Вт (при принудительном охлаждении);
• I холостого хода – 25 мА;
• защита от КЗ и перегрева – есть.

Ток и напряжение плавно регулируются при помощи подстроечных многооборотных резисторов, которые в лабораторном БП лучше заменить на потенциометры.

Схема включения модуля довольно простая и осуществляется при помощи винтовой колодки с четырьмя клеммами. На первые две клеммы подаем входное напряжение, соблюдая полярность, с двух других снимаем ток и напряжение, заданные подстроечными резисторами.

Существует модификация этого преобразователя, имеющая выходную мощность 80 Вт (Iвых. макс. – 8 А). Внешне она выглядит практически так же, но стоит в полтора раза дешевле и не имеет защиты от КЗ и переполюсовки/перегрева. В остальном эта модификация ничем не отличается от предыдущей.

Повышающий импульсный преобразователь XL4016

Несмотря на то же «имя» и внешнее сходство этот преобразователь имеет существенное отличие от двух предыдущих. Во-первых, он позволяет регулировать только выходное напряжение, причем в гораздо более узком диапазоне. Во-вторых, он повышающий. То есть с его помощью можно получить выходное напряжение выше, чем входное.

Остальные характеристики модуля следующие:

• Uвх. – 10…32 В;
• Uвых. – 12…35 В (регулируется);
• Iвх. макс. – 10 А;
• I вых. – 140 мА…6 А (регулируется);
• P вых. макс. – 150 Вт (при принудительном охлаждении);
• I холостого хода – 25 мА;
• защита от КЗ и переполюсовки – нет.

Приобрести модули XL4016 всех вышеперечисленных модификаций можно на Алиэкспресс. Стоимость – от $3 до $4.

DC to DC Step Down Buck Converter 5V-30V to 0.8V-29V 5A

Практически готовый лабораторный блок питания, позволяющий получить напряжения в диапазоне 0.8…29 В и ограничивать ток от 0 до 5 А.

Как видно из фото, блок состоит из двух модулей – регулировок и измерения. При помощи первого мы регулируем параметры выходного напряжения, второй представляет собой цифровой вольтамперметр с возможностью передачи данных на ПК по интерфейсу RX-TX.

Питается модуль от любого источника постоянного напряжения 5…30 В соответствующей мощности. КПД устройства, если верить производителю, составляет 95%. Выходное напряжение можно регулировать в пределах 0.8…29 В, ток – 0.1…5 А. При выходном токе выше 3 А необходимо использовать принудительное охлаждение.

Стоит такое удовольствие $5.85, а приобрести его можно здесь. Схема подключения модуля предельно проста. На вход подаем питание, с выхода снимаем то, что желаем, устанавливая параметры при помощи подстроечных резисторов. Для подключения устройства к ПК служит трехконтактный разъем на плате дисплея. Распиновка его указана ниже. Двухконтактный разъем не используется.

Для оперативной регулировки напряжения и тока подстроечные резисторы (оба номиналом 10 кОм) стоит заменить на переменные, расположив их на лицевой панели блока питания.

Импульсный преобразователь CN4015-3.1

Этот понижающий преобразователь менее мощный, чем предыдущая модель, но имеет встроенный цифровой дисплей и тоже позволяет регулировать ток и напряжение.

Основные характеристики этого модуля следующие:

• Uвх. – 5…36 В;
• Uвых. – 1.2…32 В (регулируется);
• Iвых. – 0…5 А;
• Pвых. – 75 Вт;
• защита от КЗ и перегрева – есть.

Поскольку дисплей однострочный, он используется для отображения величины как напряжения, так и тока. Для переключения режима служит механическая кнопка. Не совсем удобно, но вполне приемлемо. Дополнительно на этот же индикатор можно вывести значение величины входного напряжения. Есть режим калибровки амперметра и вольтметра по контрольным приборам.

Также устройство оснащено портом USB для зарядки гаджетов и светодиодной индикацией режимов – наличие входного/выходного напряжений, режим стабилизации и пр. Со схемой подключения и назначением органов управления/индикации можно познакомиться на рисунке, приведенном ниже.

Приобрести этот преобразователь можно на Алиэкспресс за $4, перейдя по этой ссылке.

Напряжение на порте USB соответствует установленному выходному напряжению, а не фиксированным 5 В. С одной стороны, это позволяет производить ускоренную зарядку, с другой, можно запросто сжечь гаджет, рассчитанный не более чем на 5 В.

Импульсный преобразователь повышенной мощности

Этот модуль может обеспечить ток до 20 А, обладает расширенным диапазоном регулировки напряжения, и им мы закончим наш небольшой обзор импульсных преобразователей DC/DC с регулировкой по выходу. Устройство позволяет плавно регулировать ток и напряжение, имеет защиту от КЗ, перегрева и перегрузки.

Взглянем на основные характеристики модуля:

• Uвх. – 6…40 В;
• Uвых. – 1.2…36 В (регулируется);
• Iвых. – 0…20 А (рекомендуется не более 15 А);
• Pвых. – 300 Вт;
• защита от КЗ – есть (самовосстановление, не держит длительной перегрузки).

Модуль имеет светодиодную индикацию работы и переключатель, отключающий выходное напряжение. Схема включения преобразователя и назначение органов управления приведены ниже, а сам модуль можно приобрести за $3.3 на все том же Алиэкспресс.

Рекомендации по улучшению надежности

Лабораторный бп должен простоять под нагрузкой не менее 2 часов. После этого проверяют температуру корпусов трансформаторов, работу теплоотводов. При намотке трансформаторов для снижения шума при работе намотку обмоток осуществляют плотно виток к витку. Готовую конструкцию заливают парафином. При установке элементов на радиаторы места контактов промазывают теплопроводящей пастой.

В корпусе просверливают ряд отверстий, напротив теплоотводов, сверху дополнительно устанавливают кулер.

Как сделать лабораторный блок питания своими руками — печатная плата и пошаговая сборка

Теперь рассмотрим пошагово сборку лабораторного блока питания своими руками. Трансформатор у нас есть уже готовый от усилителя. Напряжение на его выходах составило порядка 22 В. Подготавливаем корпус для БП.


Делаем с помощью ЛУТа печатную плату:


Схема печатной платы для лабораторного блока питания
Протравливаем её:


Смываем тонер:


Сверлим отверстия:


Запаиваем кроватки для операционных усилителей и остальные радиоэлементы, кроме переменных резисторов и двух мощных транзисторов (они будут лежать на радиаторе):


Вот, как плата должна выглядеть уже с полным монтажом:


Теперь нужно подготовить место под плату в корпусе нашего лабораторного блока питания:


Приделываем к корпусу радиатор:


Не забываем и про кулер для охлаждения транзисторов:


Вот наш лабораторный блок питания уже в готовом виде.


Видеоинструкция по сборке лабораторного блока питания своими руками:

Программируемые и управляемые модули для ЛБП

Программируемый модуль RD6006 Управляемый модуль DPX6005S Мощный преобразователь DPS5015

Простой способ собрать для себя лабораторный источник питания — это взять управляемый модуль-преобразователь со стабилизацией питания. Одни из самых мощных на Алиэкспресс — это модули RD DPS5015 и DPS5020, с выходными токами 15 и 20 Ампер соответственно. Для удаленного управления выбирайте версии «С» — communication для работы через USB/Bluetooth/Wi-Fi. Модули RD DPH5005 имеют встроенный Buck Boost конвертер для повышения напряжения (можно питать 12/24 вольта и получить на выходе, 30-40-50В. Один из самых продвинутых программируемых преобразователей питания — это модель RD 6006 (подробный обзор). Предыдущий список модулей с интересными вариантами.

Компактные преобразователи питания

Компактный Buck Boost конвертер до 30V Источник питания с регулировкой 72W USB преобразователь питания DP3A 15W

Не всегда нужны громоздкие источники и приборы, но достаточно бывает компактного преобразователя для подключения и быстрого теста самоделок. На выбор могу предложить несколько вариантов. Например, простой карманный источник питания, который работает от USB зарядки или павербанка — DP3A, с поддержкой быстрой зарядки QC3.0 и возможностью выставить нужный ток или напряжение со стабилизацией до 15W. Подробный обзор DP3A по ссылке. Чуть мощнее и в отдельном корпусе под блочный монтаж — преобразователь 32В/4А с встроенными защитами (OVP/OСР/ОРР) и стабилизацией тока и напряжения CC/CV, а также возможностью поднять выходное напряжение (Buck Boost). Еще один полезный для домашних самоделок источник — простой блок питания наподобие ноутбучного, но со встроенным показометром и регулировкой. Заявлена стабилизация напряжения мощность до 72W (максимум 3А на выходе).

Стационарные источники питания все-в-одном

Блок питания KORAD KA3005D Блок питания NPS 1601 Блок питания Wanptek 3010/6005

Для стационарной работы я бы рекомендовал иметь дома хотя бы один мощный источник типа KORAD. Цифры в названии подобных ЛБП обычно показывают максимальные режимы питания: 30/60 Вольт и 5/10 Ампер. То есть KORAD KA3005 — это 30В/5А, модели 6005 стабилизирует большее выходное напряжение, а типа 3010 — больший ток (до 10 А). Плюс подобных источников — встроенный сетевой преобразователь на 220В.

Модули сетевого питания для сборки ЛБП

Импульсный источник питания 5/12/24/36/48/60V

Для питания управляемых модулей нужен сетевой преобразователь. Я бы не рекомендовал брать дешевые «народные» платы питания, а предложил бы посмотреть в сторону корпусных БП. В таких уже продумано охлаждение и монтаж, присутствует некоторая регулировка выхода. На выбор предлагаются источники с выходным напряжением на 5V, 12V, 24V, 36V, 48V, 60V и мощностью  до 400 Вт. Конечно, можно использовать и компьютерные источники питания АТХ (с выходом 12В и преобразователем типа DPH5005, или с переделкой для повышения выходного напряжения), и другие от старой аппаратуры.

Таким образом, можно на базе готовых модулей и источников тока создать свой удобный и точный блок лабораторного питания. За основу можно взять как старую технику, так и полностью готовые комплектующие с Алиэкспресс и радиомагазинов. Цены варьируются от $5 за простой преобразователь с экраном и стабилизацией, и до $100 за мощное устройство. Из полезных функций — наличие Buck Boost конвертера, который помогает повышать напряжение при недостатке входного, функция заряда аккумуляторов (с наличием встроенной защиты и счетчиков емкости), функция стабилизации тока, функции удаленного управления.

RD6006 лабораторный источник питания точный блок питания мощный блок питания блок питания с алиэкспресс korad gophert dpx6005 dps5020 управляемый источник питания блок питания для гальваники источник питания блок питания блок питания со стабилизацией Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

Сборка платы

Если устройство подобрано правильно, согласно всем нюансам и рекомендациями, остается только аккуратно настроить диапазон регулирования тока, напряжения.

В микросхеме присутствует 4 штуки усилителя операционных, осуществляющих регулирование напряжение и тока. Сама микросхема запитана через фильтр.

↑ Борьба с пульсациями

Вот напряжение при нагрузке 1,5 А на входе модуля без дополнительного конденсатора.

↑ Увеличенная ёмкость на входе

С дополнительным конденсатором 4700 мкФ на входе, пульсации на выходе резко уменьшились, но при 1,5 А были ещё заметны. При уменьшении выходного напряжения до 16 В, идеальная прямая линия (2 В /клетка).
Падение напряжения на модуле DC-DC должно быть минимум 2…2,5 В.
Теперь можно смотреть пульсации на выходе импульсного преобразователя.
Видны небольшие пульсации с частотой 100 Гц промодулированные частотой несколько десятков кГц.

↑ LC-фильтр на выходе

Datasheet на LM2596 рекомендует дополнительный LC фильтр на выходе. Так мы и сделаем. В качестве сердечника я использовал цилиндрический сердечник от неисправного БП компьютера и намотал обмотку в два слоя проводом 0,8 мм.
На плате красным цветом показано место для установки перемычки – общего провода двух каналов, стрелкой – место для припаивания общего провода, если не использовать клеммы.
Посмотрим, что стало с ВЧ-пульсациями.
Их больше нет. Остались небольшие пульсации с частотой 100 Гц.
Неидеально, но неплохо.
Замечу, что при увеличении выходного напряжения, дроссель в модуле начинает дребезжать и на выходе резко растёт ВЧ-помеха, стоит напряжение чуть уменьшить (всё это при нагрузке 12 Ом), помехи и шум полностью пропадают.

Основные узлы регулируемого блока питания

Трансформаторный источник питания в большинстве случаев выполняется по следующей структурной схеме.

Узлы трансформаторного БП.

Понижающий трансформатор снижает напряжение сети до необходимого уровня. Полученное переменное напряжение преобразуется в импульсное с помощью выпрямителя. Выбор его схемы зависит от схемы вторичных обмоток трансформатора. Чаще всего применяется мостовая двухполупериодная схема. Реже – однополупериодная, так как она не позволяет полностью использовать мощность трансформатора, да и уровень пульсаций выше. Если вторичная обмотка имеет выведенную среднюю точку, то двухполупериодная схема может быть построена на двух диодах вместо четырех.

Двухполупериодный выпрямитель для трансформатора со средней точкой.

Если трансформатор трехфазный (и имеется трехфазная цепь для питания первичной обмотки), то выпрямитель можно собрать по трехфазной схеме. В этом случае уровень пульсаций наиболее низок, а мощность трансформатора используется наиболее полно.

После выпрямителя устанавливается фильтр, который сглаживает импульсное напряжение до постоянного. Обычно фильтр состоит из оксидного конденсатора, параллельно которому ставится керамический конденсатор малой емкости. Его назначение – компенсировать конструктивную индуктивность оксидного конденсатора, который изготовлен в виде свернутой в рулон полоски фольги. В результате получившаяся паразитная индуктивность такой катушки ухудшает фильтрующие свойства на высоких частотах.

Далее стоит стабилизатор. Он может быть как линейным, так и импульсным. Импульсный сложнее и сводит на нет все преимущества трансформаторного БП в нише выходного тока до 2..3 ампер. Если нужен выходной ток выше этого значения, проще весь источник питания выполнить по импульсной схеме, поэтому обычно здесь используется линейный регулятор.

Выходной фильтр выполняется на базе оксидного конденсатора относительно небольшой емкости.

Обобщенная блок-схема импульсного БП.

Импульсные источники питания строятся по другому принципу. Так как потребляемый ток имеет резко несинусоидальный характер, на входе устанавливается фильтр. На работоспособность блока он не влияет никак, поэтому многие промышленные производители БП класса Эконом его не ставят. Можно не устанавливать его и в простом самодельном источнике, но это приведет к тому, что устройства на микроконтроллерах, питающиеся от той же сети 220 вольт, начнут сбоить или работать непредсказуемо.

Дальше сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается. Инвертор на транзисторных ключах в цепи первичной обмотки трансформатора создает импульсы амплитудой 220 вольт и высокой частотой – до нескольких десятков килогерц, в отличие от 50 герц в сети. За счет этого силовой трансформатор получается компактным и легким. Напряжение вторичной обмотки выпрямляется и фильтруется. За счет высокой частоты преобразования здесь могут быть использованы конденсаторы меньшей емкости, что положительно сказывается на габаритах устройства. Также в фильтрах высокочастотного напряжения становится целесообразным применение дросселей – малогабаритные индуктивности эффективно сглаживают ВЧ пульсации.

Регулирование напряжения и ограничение тока выполняется за счет цепей обратной связи, на которые подается напряжение с выхода источника. Если из-за повышения нагрузки напряжение начало снижаться, то схема управления увеличивает интервал открытого состояния ключей, не снижая частоты (метод широтно-импульсного регулирования). Если напряжение надо уменьшить (в том числе, для ограничения выходного тока), время открытого состояния ключей уменьшается.

Цифровой лабораторный блок питания из модулей с Алиэкспресс

Рассмотренные преобразователи позволяют собрать простой лабораторный блок питания, который вполне способен работать в мастерской по ремонту или у радиолюбителя. Но если вы хотите больше полезных функций, простое и наглядное управление, то обратите своё внимание на преобразователи напряжения ЖК-дисплеем и цифровым управлением. Такие модульные преобразователи можно купить на Алиэкспресс.

Импульсный преобразователь MDP-XP

По сути, устройство является готовым блоком питания с регулировкой по току и напряжению, а в этот раздел оно попало лишь потому, что выполнено в виде отдельных модулей и с возможностью наращивания архитектуры подключением дополнительных компонентов.

Один из модулей является, собственно, преобразователь, и он может работать самостоятельно. Второй – модуль управления, расширяющий возможности первого модуля и обеспечивающий дополнительные удобства. Предлагаем посмотреть подробное видео об этом преобразователе и как с ним работать.

Купить на Aliexpress

Модуль питания MDP-P905

MDP-P905 представляет собой импульсный понижающий и повышающий DC/DC преобразователь с регулировкой напряжения в пределах 1.2…30 В и тока в интервале 0…5 А. Устройство имеет режим стабилизации тока, настраиваемую защиту от перегрузки по току и мощности. Преобразователь  может работать практически с любым блоком питания с напряжением 4.2…30 В соответствующей мощности, от которой зависит отдаваемая модулем нагрузка.

Настройка прибора производится при помощи трех кнопок, валкодера и дисплея. На дисплее можно увидеть информацию по входному и выходному напряжению, току, отдаваемой мощности и температуре платы преобразователя. Этот же дисплей используется для установки величины тока и напряжения. Также имеется два входа для подачи входного напряжения, порт USB для программирования (он же для питания модуля управления) и два гнезда для подключения выходного кабеля. Назначение разъемов и органов управления изображено на фото ниже.

Для того чтобы запустить этот блок, его необходимо запрограммировать. Сделать это несложно. Достаточно зайти на сайт производителя, скачать файл на ПК и перенести его на модуль, подключив последний к ПК через интерфейс USB. Подключаем блок питания с выходным напряжением не более 30 В, оснащенный коннектором 5.5х2.5 (такие используются для питания ноутбуков) или вилкой USB С. К выходным гнездам подключаем кабель питания нагрузки и можно работать. Про помощи функциональных кнопок выбираем нужный режим, настраиваем необходимые выходные ток и напряжение, подключаем нагрузку.

Купить на Aliexpress

Модуль управления MDP-M01

Этот блок, как было отмечено выше, расширяет функционал модуля питания. При необходимости к нему можно подключить до шести таких модулей для независимой или совместной работы.

Модуль управления MDP-M01

С  MDP-XP блок соединяется по беспроводному каналу. Единственное, что он требует для работы, – напряжение 5 В, которое можно получить от любого соответствующего адаптера с USB-разъёмом или подключив его к MDP-XP соответствующим кабелем (идет в комплекте). Ну и конечно, MDP-M01 нужно запрограммировать, скачав файл с сайта производителя и установив связь с модулем питания по беспроводному каналу.

Купить на Aliexpress

Управление устройством и подключенными к нему модулями питания осуществляется при помощи пяти функциональных кнопок и двух поворотных ручек. Графический цветной дисплей служит для отображения входного и выходного текущих токов и напряжений, потребляемой мощности, отданного количества энергии, предустановленных величин U и I. Дополнительно на этом же дисплее мы можем увидеть график, на котором отображается напряжение питания нагрузки и потребляемый ею ток.

Вариант отображения информации на дисплее

В комплекте с устройством идет кабель для подключения к выходу преобразователя и сопряжения модуля питания с модулем управления. Блок питания в комплект не входит.

Комплект, как мы убедились, неплохой. Огорчает лишь одно – даже в минимальной конфигурации он стоит немалых денег. Ну а кто все же решится, может приобрести его тут.

Набор DPS5020-USB-BT для сборки лабораторного блока питания

Набор хоть и не из дешевых, но имеет в комплекте все, необходимое для сборки мощного регулируемого лабораторного блока питания, включая многофункциональный дисплей и платы сопряжения с ПК по USB  или Bluetooth (опция). Единственное, придется докупить или изготовить подходящих размеров корпус и импульсный блок питания AC/DC соответствующей мощности. Но об этом позже.

Основной блок импульсного преобразователя питается от внешнего блока питания с напряжением 6…60 В. При этом выходное напряжение можно выставить в диапазоне 5…50 В, а ток регулируется от 0 до 20 А (при соответствующей мощности блока питания).

Основные характеристики модуля импульсного преобразователя:

• Uвх. – 6…60 В;
• Uвых. – 5…50 В (регулируется);
• Iвых. – 0…20 А (регулируется);
• Pвых. – до 1000 Вт;
• точность регулировки напряжения – 0.01 В;
• точность регулировки тока – 0.01 А.

Модуль оснащен одним гнездом, к которому можно подключить идущим в комплекте шлейфом (в комплекте) адаптер USB  или Bluetooth в зависимости от того, какой узел необходим. Охлаждение силовых транзисторов, установленных на радиатор, принудительное.

Четырехстрочный цветной дисплей имеет встроенный контроллер, 3 кнопки управления и валкодер для установки напряжения, ограничения тока и мощности. Подключается к модулю преобразователя при помощи двух шлейфов (в комплекте). На дисплее можно увидеть величины входного и выходного напряжения, выходной ток, уровень срабатывания защиты и текущую выходную мощность.

Верхний диапазон измерений прибора – 30 В и 3 А. Для его расширения на импульсном преобразователе установлены шунты и добавочные резисторы.

Как можно увидеть из описания, для сборки лабораторного блока питания из этих модулей не понадобится даже паяльник. Все на колодках. Набор DPS5020-USB-BT можно найти по этой ссылке.

Теперь о корпусе. Его, конечно, можно изготовить самостоятельно, но на том же Алике можно найти еще один набор, в который входит корпус, дополнительный вентилятор охлаждения с преобразователем 12 В для его питания, гнезда для подключения нагрузки и внешнего источника питания, выключатель, провода, наконечники и крепежные винты.

Ну и несколько фото процесса сборки.

Импульсный преобразователь с дисплеем DP50V5A

Ну и напоследок, собранная на базе дисплея DPS3003 конструкция. Такой дисплей использовался в блоке питания, описанном выше. Конструкторы не стали мудрствовать и просто прикрутили небольшой импульсный преобразователь прямо к дисплею. Получилась довольно компактная конструкция, позволяющая регулировать выходное напряжение в диапазоне 0…50 В, а ток 0…5 А

Основные характеристики этого устройства следующие:

• Uвх. – 6…55 В;
• Uвых. – 0…50 В (регулируется);
• Iвых. – 0…5 А (регулируется);
• Pвых. – до 250 Вт.

Подключение такого устройства не составит труда – 2 винтовые клеммы, расположенные сзади дисплея, промаркированы:

• +IN – плюс Uвх.;
• -IN – минус Uвх.;
• +OUT – плюс Uвых.;
• -OUT – минус Uвых.

Купить такое устройство можно, перейдя по этой ссылке:

Купить на Aliexpress