Если театр начинается с вешалки, то каждая автоматизированная испытательная система, проверяющая радиотехнические устройства и радиоаппаратуру — уж точно с лабораторного стабилизированного источника питания.
Сегодня в статье раскладываем по полочкам: классификацию, конструктивные особенности, основные режимы и возможности блоков с регулировкой тока и напряжения. Рассмотрим матчасть и ответим на самые частые вопросы, которые возникают при выборе оптимального лабораторного блока питания (ЛБП), который снабжал бы вас чистым, стабильным питанием изо дня в день.
Материал обновлён 11.05.2023
Время чтения: 20 минут
Увлечённые и опытные авторы компании, разбирающиеся в измерительном, оптическом и паяльном оборудовании, любящие своё дело
- Чем лабораторный БП отличается от простого блока питания?
- Для чего используется?
- Какими параметрами в конечном счете определяется качество?
- ИП с непрерывным регулированием и ИП с импульсным регулированием
- Рекомендации по выбору ИП для конкретной спецификации
- Диапазон изменения тока и напряжения
- Число каналов
- Изоляция выходных каналов
- Требования к мощности и числу выходов
- Защитные функции
- Форма выходного сигнала
- Ручное или программируемое управление
- Компенсация падения напряжения в проводах соединения
- Размеры и вес
- Уровень шума
- Диагностика сотового телефона при помощи блока питания
Итак, что такое ЛБП, для каких целей он служит.
Лабораторный источник питания – это электронное устройство, которое формирует и регулирует напряжение и ток, а при изменении напряжения питающей сети, сопротивления нагрузки, поддерживает заданные значения с высокой точностью.
Один из видов источников вторичного электропитания (ИВЭП). Прибор оборудован экраном, кнопками, индикаторами, потенциометрами регулирования, защитными функциями от ошибочного включения и неправильного применения.
Абсолютно все лабораторные БП характеризуются по следующим признакам:
- По принципу действия: бывают линейные (трансформаторные) или импульсные.
- По границам изменения тока и напряжения: бывают фиксированные или с выбором пределов мощности в автоматическом режиме.
- По числу действующих каналов: многоканальные и одноканальные приборы.
- По изоляции выходных каналов: неизолированные и с гальванической изоляцией.
- По значению мощности.
- По имеющейся защитной функции.
- По постоянному или переменному току и напряжению на выходе.
- По способам управления: с ручным, комбинированным или программным управлением.
- По добавочным возможностям: изменение выхода определенных величин, компенсация падения напряжения в проводах присоединения, активация по времени и прочее.
- По степени надежности устройства: качество элементной базы, достоверный контроль параметров на выходе.
- Удобная эргономика, современный дизайн.
Типовые применения лабораторного источника питания
Источники применяются как для повседневных задач радиолюбителя, так и для точных производственных испытаний и измерений. Область их применения обширна, связана с электроникой и радиотехникой.
Типовые сферы использования:
- Ремонт и производство радиоэлектроники.
- Тестирование электронных устройств, схем, контрольно-измерительного оборудования, контроль качества элементов радиотехники.
- Проектирование, испытание радиоэлектронной аппаратуры на производстве, при конструировании.
- Моделирование электрических и физических процессов, для эмуляции работы того или иного оборудования.
- Использование в качестве источников питания.
- Для проведения лабораторных работ в учебном процессе.
Полное представление о задачах, для которых приобретение ЛБП поможет конкретизировать поиск и выбор оптимальной модели прибора.
Клиенты Суперайс могут выбрать в каталоге подходящую модель стабилизированного источника питания. На сайте представлено более 140 моделей, каждый из образцов обладает определёнными преимуществами при решении конкретных задач.
При выборе руководствуются:
- рабочими параметрами;
- наличием защитных функций;
- мощностью, количеством выходных каналов;
- размерами;
- стоимостью прибора.
- Рассмотрим подробнее основные технические характеристики источников питания, характеризующие эффективность устройства.
Основные рабочие характеристики
Состояние выходных характеристик при регулировании нагрузки отличается нестабильностью параметров тока и напряжения, поэтому при необходимости нужно изменить нагрузку тестируемого оборудования. На какие характеристики обращают внимание при выборе:
- Нестабильность тока и напряжения питающей сети при изменении переменного тока. Погрешность задания выходных величин, качество измерения в соответствии с вольт-амперной характеристикой.
- Погрешность измерений – качество измеренных значений, схожих с вольт-амперной характеристикой.
- Разрешение – шаг установки тока, напряжения на выходе, которые могут быть заданы.
- Шумность. Шум в синфазном режиме и нормальный уровень шума.
- Переходные характеристики: время перехода к начальным заданным показателям после изменения тока потребителя.
- Компенсация потерь при подключении по 4-х проводной схеме для управления элементами, регулирующими выходное напряжение и при использовании измерительных проводов для компенсации потерь в питающей сети. К напряжению на выходе из источника добавляется напряжение, которое равно разности потенциалов между общими проводниками, основным и плавающим.
- Интерфейсы управления.
Грубая и точная регулировка, минимальный уровень шума, повышенные возможности при подключении смогут обеспечить оптимальный выбор прибора.
Стабилизированные ИП по характеру стабилизации: линейные и импульсные
Главный признак, характеризующий блок питания – это принцип его работы. Стабилизированные источники вторичного питания на полупроводниковых элементах по характеру стабилизации напряжения делятся на источники с непрерывным (линейным) и импульсным регулированием.
Основа линейного БП – понижающий низкочастотный трансформатор: изменяет напряжение сети до значения в несколько десятков вольт. Выпрямление напряжения производится за счет диодного моста сглаживанием синусоиды конденсаторами, заданием требуемого значения стабилизатором. Пример популярного линейного блока питания: трансформаторный БП с одним каналом YIHUA YH-305D(30 В, 5 А), эта модель способна выдавать мощность до 150 Вт.
Главное в импульсном ИП – это конденсаторы со сглаживающим зарядом и импульсами тока, сформированными трансформаторной обмоткой или индуктивностью. В работе задействованы транзисторы. Частота формирования токовых импульсов. Напряжение регулируется глубиной ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Пример мощного импульсного одноканального блока – MAISHENG MP3030D (30 В, 30 А).
На какие особенности регулируемых блоков питания обращать внимание
Диапазон изменения тока и напряжения
Лабораторные настольные источники питания различаются пределами изменения выходных напряжений и тока. Различают два типа приборов, те, которые работают с фиксированными значениями и работающие с автоматическим ограничением мощности на выходе.
Фиксированным диапазоном отличаются ЛБП эконом-класса. Устройства выдают комбинацию напряжения и тока наибольшего значения по максимуму. Например, блок с одним каналом на напряжение 30 В и токе 10 А может поддерживать нагрузку (ток) неизменной долгое время при том же напряжении. Мощность составит U x I; 30 х 10 = 300 Вт. Однако, с таким напряжением и током невозможно установить другие большие значения тока и напряжения.
Автоматический выбор выходной мощности с ограничением пределов характерен для функциональных ЛБП с высокой точностью, дискретностью измерения выходного тока, достаточного для отладки любых, в том числе маломощных устройств с батарейками. Такие блоки могут выдавать комбинации тока и напряжения в пределах мощности, на которую рассчитан прибор. Приборы относятся к универсальной категории устройств.
На габаритные размеры, вес, стоимость источника питания постоянного тока или напряжения влияет максимальная мощность, но не ток и не напряжение. Значит, надо выбирать устройство с автоматическим ограничением мощности на выходе.
Число каналов
Мощные ЛБП от 500 Вт, по большей части, одноканальные. Но можно ли объединить в последовательную цепь несколько импульсных БП с одним каналом?
Для этого учитывают:
- Различие частот создает пульсации, шумность. Существует возможность возникновения резонансных факторов, при их наличии пульсация возрастает.
- Формирование значений биполярного напряжения для подключения к сети питания транзисторных усилителей.
- Сложность включения в одну цепь одновременно, синхронизация регулировки напряжений двух и более разных приборов. При объединении в одну цепь двух лабораторных БП «+» и «-» должны быть синхронизированы.
- Последовательное соединение источников высокого напряжения сопряжено с вероятностью пробоя изоляции, что иногда приводит к короткому замыканию и возгоранию.
Поэтому, для схемы где имеется возможность применить несколько напряжений питания сети лучше всего использовать двух- или трехканальные стабилизированные блоки.
Пример многофункционального одноканального блока Korad KA3005D (30 В, 5 А) линейного типа, используемого для последовательного соединения в цепь. Прибор используется для промышленного производства, научных исследований. Выполняет измерение параметров питания, стабилизацию постоянного режима тока и напряжения во время технологических процессов.
Прибор отличается:
- небольшим коэффициентом искажения;
- малыми пульсациями;
- регулировкой выходных характеристик;
- возможностью отключения потребителя в аварийном режиме; невысоким уровнем шума;
- цифровым управлением с возможностью задания выходных параметров на лицевой панели; сохранением в памяти установленных режимов для различных потребителей.
Для справки: Параллельное соединение ИП с разными напряжениями чревато тем, что один из двух источников с большими пределами по мощности будет работать вполсилы. При подключении устройств с характеристиками 15 В / 30 А и 30 В / 30 А на выходе получатся значения 15 В / 60 А. Блок на 30 В будет выдавать всего 15 В. Не допускается подключать БП с разными токами, при КЗ мощный БП может вывести из строя более слабый.
Изоляция выходных каналов
Электрическая или как ее правильно называют гальваническая изоляция – это гарантия независимости напряжения и тока одного канала от других.
Изоляция защищает канал от замыкания на землю и между другим каналом, защищает от электрического пробоя.
Гальваническая изоляция каналов предупреждает пробой напряжения между рядом расположенными каналами, значение которого может превысить 220 В. Она нужна для электронного оборудования, в котором присутствуют аналоговая и цифровая части. Служит для понижения шума чувствительной цифровой шины питания в аналоговую часть.
Трёхканальные ЛБП постоянного тока обладают следующим преимуществом. Устройство позволит запитать аналоговую часть схемы от двух каналов, используя двухполюсное питание, а питание от третьего канала приходит на цифровую часть. Пример 3-х канального импульсного БП постоянного тока – UNI-T UTP3305. Трансформаторный источник с тремя каналами – Atten (Gratten) APS3005S-3D. Гальваническая изоляция надежно защищает целостность каналов.
Требования к мощности и числу выходов
Частые вопросы, которые задают при выборе стабилизированного источника питания:
- Какая мощность потребуется, какие приборы вам придется испытывать?
- Сколько мощности будут потреблять испытуемые устройства?
По величине рабочей мощности источника питания выделяют обычные со стандартным, высоким значением мощности до 500 Вт и высокомощные, которые работают с величинами более 700 Вт. Отличие моделей заключается в функциональности и сфере использования.
Модели ЛБП средней мощности MAISHENG MS3010D и QJE PS3010N обеспечат регулировку оборудования в пределах до 300 Вт. Подробно о конструкции мы рассказали в видеообзоре: ИП с импульсным регулированием китайского производителя MAISHENG. Там мы нагружали популярные модели на полную, смотрели их начинку и схемотехнику!
Пример управляемого импульсного блока питания малой мощности MCH K305DN (30 В, 5 А). Регулировка выполняется потенциометрами на лицевой панели, напряжение до 31 В и тока до 5 А, который держит в течение 30 минут спокойно. Отличается большим КПД, малым весом и размерами.
Образцы с большой мощностью только одноканальные и только импульсные. Пример, MAISHENG MP1560D (15 В, 60 А), устройство выдает стабильное напряжение без помех 15 В и ток до 60 А, используется в лабораторных исследованиях, для ремонта электроники.
Образцы с мощностью до 3 кВ применяются в качестве приборов для стоек управления. Модели более 3 кВ, например, MAISHENG MP15030D (150 В, 30 А) с выходной мощностью 4,5 кВ применяются в промышленных стойках, так как имеют большой вес 9500 г и размеры 380 х 260 х 160 мм. Данные одноканальные ИБП обладают более высокими выходными характеристиками.
Для справки: Если БП нужны для стабилизации тока для повышения его значения при зарядке аккумуляторов, то алгоритм зарядки следующий. Вначале ток растет, а потом зарядка происходит в режиме минимальный ток – максимальный ток. Повышение нагрузки вызывает вывод одного блока на максимальный ток, а затем другого. Зарядка аккумуляторов профессиональными блоками питания, представленными в Суперайс производится как отдельно, так и в связке, не важно находятся устройства под нагрузкой или нет.
Конструкция лабораторных ИП большой мощности оборудована защитными устройствами, к которым относятся вентиляторы охлаждения, включающиеся при повышении температуры. Набор защит от перегрузки, повышения температуры, смены полярности.
Для увеличения выходной мощности предусмотрена возможность параллельного подключения нескольких приборов.
Для мощных блоков питания существует возможность удаленного программного управления через разнообразные интерфейсы Ethernet, IEEE-488.2 (GPIB) и другие, используемые в комплекте с автоматизированными комплексами.
Мощные ЛБП применяются в автопроме и альтернативной энергетике для регулирования собственного выходного сопротивления до нескольких Ом, что может пригодиться во время имитации работы аккумуляторных и солнечных батарей.
Защитные функции
Неправильное применение блока питания, подача повышенного напряжения или тока может представлять угрозу тестируемому оборудованию. Для того, чтобы этого не случилось, лабораторные источники питания обеспечиваются защитными функциями:
- Превышение тока на выходе — скачки случаются при кз или повышении нагрузки. Защита характеризуется быстротой срабатывания, отключает устройство от тестируемой нагрузки, ограничивает и стабилизирует ток, сохраняя первоначальную величину. Функции защиты можно отключать.
- Перенапряжение. Защита устанавливается при повышении выходного напряжения во время стабилизации тока, ограничивает напряжение выхода в безопасном режиме для подключенной нагрузки.
- Перегруз по мощности. Функция ограничивает мощность, нормализует работу силовых элементов схемы БП.
- Перегрев устройства и конструктивных элементов. Защита срабатывает при увеличении температуры в точках наибольшего выделения тепла.
Форма выходного сигнала
Основная задача ЛБП – это формирование стабильного постоянного напряжения даже при изменении тока нагрузки. В быту и промышленности к потребителю поступает напряжение только с чистой синусоидой. Однако при использовании импульсного блока, во время замены переменного напряжения 220 В на постоянное для подключения электроники, синус, то есть форма напряжения меняется. Также в режиме стабилизации тока БП подает потребителю постоянный ток. Блоки питания оборудуются «Режимом изменения выходного напряжения по списку заданных значений». С этим режимом можно испытывать оборудование, подавая на него не идеальные сигналы со скачками, пульсациями и перерывами в напряжении, спадом и нарастаниями.
Ручное или программируемое управление
Работа программируемого источника питания постоянного тока основана на работе компьютерной программы, которая демонстрирует характеристики и настройки. Кроме этого, программа подразумевает включение нескольких ЛБП в измерительный комплекс.
Пример популярных программируемых блоков питания: трансформаторный Korad KA6005P, Rigol DP711 оба устройства с одним каналом. Отличаются надежностью, наибольшей востребованностью среди радиолюбителей трехканальные модели Korad KA3305P, OWON ODP3032.
Особое внимание радиолюбителей и профессионалов обращаем на прецизионный блок питания со стабилизацией по всем параметрам Rigol DP832A. Выходная мощность до 195 Вт. Регулируемое напряжение по двум каналам 30 В и от 0 до 5 В по третьему каналу. Регулируемый ток до 3 А. Блок защищен от малейших выбросов тока на выходах с каждого канала, высоким КПД до 80% и коэффициентом падения напряжения и тока при стабилизации, не превышающей 0,01%.
К программируемым БП относятся многоканальные источники питания переменного и постоянного тока, которые входят в категорию интеллектуальных устройств.
Дополнительная возможность: компенсация падения напряжения в проводах соединения
Условие достигается наличием USB-интерфейса для управления источником питания с удаленного места. Также, использование буферной схемы, формирующей «плавающий» провод типа повторителя напряжения, где напряжение на выходе соответствует падению напряжения на минусовом (обратном) проводе.
Размеры и вес
Габариты и вес БП – характеристики, которые могут оказать существенное влияние на удобство использования и функциональность прибора.
От портативных, настольных устройств до стоечного оборудования – источники питания имеют много форм и размеров. При работе с компактными электронными устройствами, для частых перемещений источника между рабочими местами или использования его на выездных работах, подойдёт ЛБП меньшего размера. Для проведения работ в стационарной лаборатории, можно выбрать блок питания покрупнее. На вес БП влияет мощность и производительность. Приборы с высокой мощностью, как правило, тяжелее.
Уровень шума
Шумность вентилятора лабораторного блока питания может повлиять на качество работы и комфорт пользователя. Поэтому при выборе ЛБП важно обратить внимание на его уровень шума.
Шумный БП может создать дискомфорт для пользователя: вызывать усталость, раздражение и снижать продуктивность, особенно, если блок используется в замкнутом помещении или в течение длительного времени.
Высокий уровень шума может снизить срок службы источника. В процессе работы шум вызывает вибрации и дополнительные нагрузки на компоненты блока питания, что может привести к их преждевременному износу.
Использование лабораторного блока питания для ремонта мобильных телефонов и ноутбуков
Для мастерских по ремонту мобильных телефонов, нужен БП с напряжением выхода до 15 В и значением тока от 1 А и выше.
Оценка неисправности мобильного телефона в 80% случаев основана на вычислении неисправности по току нагрузки. Телефон через набор съёмных концов подключается от ЛБП. От источника питания можно подключить любой телефон, даже с разряженной батареей. При включении телефона триггером PWR каждый этап загрузки демонстрируется амперметром, который показывает последовательность включения относительно потребления тока. Благодаря этому по току можно определить неисправный компонент телефона.
Стоимость блока питания
Покупая источник питания, потребитель должен в полной мере представлять реальную стоимость владения устройством. Учитываются потенциальные потери, которые происходят из-за простоя аппаратуры, затраты на защиту ЛБП, возможный ремонт, степень надежности БП.
Выбирайте производителя, которому доверяете. Оцените профессионализм, надёжность поставщика. На сайте Суперайс представлены модели, качество которых подтверждено сертификационными, гарантирующими документами.
Посмотреть каталог можно здесь.
Выберите лучший для себя вариант, оформите заказ, и наш менеджер свяжется с вами. В Суперайс всем клиентам, оформившим заказ на сумму свыше 3000 рублей, заказы доставляем бесплатно.
Если вы ищете источник питания для узкоспециальных задач или не хотите тратить время на поиск нужного оборудования — мы сами подберём подходящий именно вам источник питания, чтобы вы могли избежать неоправданных расходов. Отправьте заявку на почту sales@supereyes.ru, напишите в чат или позвоните по номеру 8 800 550-13-57.
Наши технические специалисты работают с 03:00 до 16:00 по московскому времени и готовы ответить на любой вопрос, помочь вам в подключении и настройке оборудования.
Для работы проектов iXBT.com нужны файлы cookie и сервисы аналитики.
Продолжая посещать сайты проектов вы соглашаетесь с нашей
Политикой в отношении файлов cookie
В обзоре речь пойдёт о маломощном понижающем DC-DC преобразователе (постоянного тока в постоянный), который может почти полноценно заменить лабораторный блок питания в тех ситуациях, когда от него не требуется высокая выходная мощность.
Этот преобразователь имеет все типовые функции лабораторного блока питания: регулировку напряжения выхода, регулировку ограничения тока выхода, цифровую индикацию выходного тока и напряжения.
Несмотря на столь широкую функциональность, преобразователь очень мал по габаритам: он вполне помещается на ладони, и ещё свободное место для пары таких же преобразователей остаётся.
В статье будет разобрана его конструкция и схемотехника, а также проведены необходимые тесты и определены ограничения в работе.
Содержание
- Основные технические характеристики понижающего DC-DC преобразователя с контролем тока и напряжения
- Конструкция и схемотехника DC-DC преобразователя
- Тестирование понижающего DC-DC преобразователя с контролем тока и напряжения
- Итоги и выводы, возможные области применения, рекомендации
| Диапазон допустимого входного напряжения | 6 — 38 В |
| Диапазон регулировки выходного напряжения | 1.25 — 36 В (строго ниже входного) |
| Ток выхода | 0 — 5 А |
| Выходная мощность | До 75 Вт, КПД до 95% (зависит от режима) |
| Защита | От превышения тока, от перегрева, от короткого замыкания |
| Защита от переполюсовки питания | Нет (возможна установкой внешнего диода) |
| Габариты | 51.7 * 26.2 * 22.5 мм (51.7 * 26.2 * 14 мм без платы измерения) |
Габариты в таблице приведены не из официальных данных, а по данным собственных измерений.
К этому надо добавить, что по своей сути преобразователь является вторичным источником питания; напрямую к сети его подключать нельзя: необходим первичный источник питания, выдающий выпрямленное постоянное напряжение. При этом первичный источник не обязательно должен быть стабилизированным: это может быть даже древний трансформатор с выпрямителем, если он отвечает допустимым параметрам преобразователя по входному напряжению и потребляемому току.
Тестируемый преобразователь выполнен в виде двухэтажной конструкции, нижняя плата которой формирует выходное напряжение и определяет ограничение тока, а верхняя плата отвечает за измерение и индикацию тока и напряжения.
Посмотрим на устройство с одной из широких сторон:
Верхняя плата установлена на металлических стойках, и именно через них передаются с нижней платы измеряемые сигналы и питание. Никаких проводных или разъёмных соединений не используется.
Мораль: винты на стойках, соединяющих платы, должны быть закручены хорошо; «от всей души», можно сказать. 
В верхней плате имеются отверстия для относительно тонкой отвёртки, чтобы можно было прикрутить или открутить винты клеммников на нижней плате.
Посмотрим с противоположной стороны:
На последнем фото видны два синих подстроечных резистора, отвечающих за регулировку напряжения и ограничения тока.
Интересно, что нижняя (основная) плата может работать автономно, без платы измерения (верхней), и цена изделия будет при этом примерно в 3 (!) раза меньше. Расплачиваться за это придётся удобством: контроль тока и напряжения придётся осуществлять с помощью внешнего мультиметра.
Два белых разъёма на верхней плате имеют, видимо, служебное назначение и используются производителем в процессе изготовления платы. Никаких инструкций для конечного пользователя по их применению нет.
Торцы устройства кажутся одинаковыми, но реально на одном из них расположены клеммники для входа, а на другом — для выхода. Не перепутайте!
Теперь снимем верхнюю плату и исследуем основную плату, на которой и расположен собственно преобразователь.
Понижающий DC-DC преобразователь основан на чипе XLSEMI XL4015E1.
Datasheet для этого чипа, правда, даёт несколько более узкий диапазон рабочих напряжений, чем заявил производитель преобразователя для своего изделия.
Производитель чипа заявляет диапазон входных напряжений 8…36 В, выходных 1.25…32 В. Рекомендуется придерживаться именно этих данных, чтобы не сгорело что-нибудь.
Но величина тока выхода у производителя чипа и производителя преобразователя совпадает: до 5 А (хотя, как покажут испытания, в длительном режиме с таким током работать нельзя).
Частота преобразования чипа — 180 кГц.
Интересно, что ранее этот преобразователь выпускался на предшественнике чипа XL4015 — чипе XL4005.
В переходе на новый чип есть одна хорошая новость и одна, как водится, — плохая.
Хорошая новость: КПД повысился (ранее было остаточное напряжение (Drop Out) на чипе 0.6 В, а стало — 0.3 В).
Плохая новость: раньше чип мог формировать минимальное выходное напряжение 0.8 В, а теперь нижняя граница составляет 1.25 В (это — номинально, но есть ещё и разброс).
На плате в схеме преобразования установлен мощный дроссель и мощный диод Шоттки SS54 (5 А, 40 В).
На плате есть также три SMD-светодиода, индицирующих состояние и режим работы преобразователя.
Их назначение, а также назначение подстроечных резисторов показаны на следующем изображении:
К этой инструкции надо дать некоторые пояснения.
Во-первых, хотя на изображении упоминается возможность синего свечения светодиодов, на самом деле все они светят только красным светом.
Два нижних светодиода условно показывают наличие или отсутствие тока нагрузки. За эту условную величину принято (по результатом теста) 0.54 А. Если ток менее этой величины, то светится правый нижний светодиод; а если больше — то левый нижний.
Верхний светодиод индицирует режим стабилизации напряжения или режим ограничения тока (если светится, то преобразователь стабилизирует ток, а если нет — то напряжение).
Все эти светодиоды помогают определить, занят ли преобразователь полезным делом, и в каком режиме он работает; а в случае использования для зарядки аккумуляторов — идёт ли зарядка, или уже завершилась.
Кстати, благодаря регулировке тока и напряжения можно настроить преобразователь на зарядку многих типов аккумуляторов: никель-кадмиевых, свинцовых, односекционных и многосекционных литий-ионных аккумуляторов (для последнего случая число секций ограничено в пределах максимально-возможного напряжения выхода преобразователя).
Но при зарядке автомобильных аккумуляторов не пытайтесь выжать из преобразователя слишком высокий ток: это приведёт к длительной работе в предельном режиме, что может быть опасным для преобразователя. В общем, зарядить автомобильный аккумулятор можно, но это будет долго.
Обратная сторона платы:
Здесь, помимо печатных проводников, находится единственный резистор номиналом 0.05 Ом. Но он — очень важен: он отвечает за измерение и ограничение тока выхода в преобразователе.
Ещё важная деталь: он вставлен в разрыв проводника «земли».
В связи с этим при пользовании преобразователем нельзя замыкать друг с другом проводники «земли» со стороны входа и выхода устройства: это нарушит его работу в части регулировки ограничения тока.
Теперь пора перейти к тестам и сравнить ожидания с реальностью.
Преобразователь — не прост, и потому будет тестироваться по двум критериям: по качеству работы преобразователя как такового и по точности формирования и измерения параметров (напряжения и тока).
Начнём с точности формирования и измерения параметров.
Вольтметр преобразователя работает с автоматическим переключением диапазона измерений: до 10 В показывает напряжение с запятой после первой цифры (цена деления получается 0.01 В), а при напряжении 10 В и выше — с запятой после второй цифры (цена деления — 0.1 В).
Теоретически можно было бы низкие напряжения устанавливать с точностью 0.01 В, но практически, даже при очень аккуратном вращении винта подстроечного резистора, не удаётся достичь такой точности установки. Реально получается с точностью 0.02 В; да и то, только после нескольких итераций.
Для напряжений 10 В и выше можно установить значение с точностью 0.1 В без проблем.
Аналогично и для тока: реально можно установить с точность 0.02 А (при этом помним, что точность установки и точность измерения — разные вещи).
Теперь — о точности измерения напряжения. Далее приведена таблица для нескольких значений выходного напряжения, измеренных встроенным вольтметром и, для сравнения, довольно неплохим мультиметром ANENG V8 (его показания принимаем за точные с разумной долей допуска).
| Результат измерения выходного напряжения встроенным вольтметром, В | Результат измерения выходного напряжения мультиметром, В | Погрешность |
| 1.22 | 1.293 | 5.6% |
| 5.00 | 5.065 | 1.3% |
| 12.0 | 12.13 | 1.1% |
| 24.0 | 24.08 | 0.3% |
| 30.0 | 30.02 | 0.07% |
Из таблицы видно, что при низком напряжении (до 5 В) погрешность может быть существенной; а при более высоких напряжениях, в большинстве случаев, погрешностью можно пренебречь.
Теперь — аналогичная проверка точности измерения тока. Спойлер: здесь всё будет гораздо менее гламурно.
| Результат измерения выходного тока встроенным амперметром, А | Результат измерения выходного тока мультиметром, А | Погрешность (с указанием знака) |
| 0.02 | 0.075 | -73% |
| 0.22 | 0.278 | -20.9% |
| 0.64 | 0.643 | -0.5% |
| 2.83 | 2.580 | +9.7% |
| 5.60 | 4.952 | +13.1% |
Здесь погрешность измерения не только значительно больше, но она ещё и меняет знак при переходе через значение около 0.64 Ампера!
И, как вишенка на торте (в обратном смысле), ток ниже 0.075 А встроенный амперметр вообще «не видит» и показывает ровно ноль.
Проблема усугубляется тем, что никакой подстройки точности измерения в преобразователе нет.
Теперь проверяем КПД преобразователя.
КПД проверялся при нескольких разных комбинациях значений входного напряжения, выходного напряжения и выходного тока. Напряжения и токи измерялись мультиметром.
| Напряжение на входе, В | Ток на входе, А | Напряжение на выходе, В | Ток на выходе, А | КПД |
| 6.3 | 0.094 | 1.29 | 0.278 | 61% |
| 12 | 0.523 | 5 | 1.11 | 88% |
| 24 | 1.44 | 12 | 2.71 | 94% |
| 31.5 | 3.61 | 22 | 4.95 | 96% |
Последний из экспериментов продолжался всего несколько секунд, так как, даже несмотря на высокий КПД, рассеиваемой мощности оказалось достаточно для адского разогрева чипа преобразователя с одновременным постепенным снижением выходного тока (возможно, срабатывала тепловая защита).
В целом данные по КПД соответствуют теории: при низких напряжениях на выходе слишком велика доля напряжения, падающая на чипе преобразователя и на выпрямительном диоде; и КПД в таких условиях работы сильно снижается.
Для режима, обозначенного в предпоследней строке таблицы, был дополнительно сделан тепловой снимок основной платы преобразователя (для этого верхняя плата, отвечающая за измерения, была временно снята):
На снимке видно, что даже в таком режиме, далёком от предельного, разогрев чипа преобразователя очень высок: почти до 100 градусов!
И лишь чуть прохладнее оказались выпрямительный диод и индуктивность.
К сожалению, никакой возможности для установки дополнительного теплоотвода в преобразователе не предусмотрено.
Теперь — осциллограммы пульсаций выходного напряжения.
Первая осциллограмма — при напряжении на выходе 5 В, токе выхода 1.11 А; вторая — при напряжении 12 В, тока 2.71 А:
В первом случае размах пульсаций составил около 100 мВ, во втором — около 200 мВ.
При питании от этого преобразователя аппаратуры, чувствительной к пульсациям, может потребоваться установка дополнительных конденсаторов (лучше всего — в комбинации керамических и электролитических конденсаторов).
В заключение тестов — о разном.
Включается и начинает работать преобразователь при входном напряжении 3.4 В. В этом случае можно работать с напряжениями на выходе 1.3 — 2 В; но при этом не работает режим стабилизации выходного тока.
Режим стабилизации выходного тока становится работоспособным при входных напряжениях от 6.3 В и выше. Лучше считать, для надёжности, что от 7 В.
Потребление на холостом ходу составляет 30-33 мА (немного меняется в зависимости от входного напряжения). Если снять плату измерения, то потребление снижается почти вдвое (на 17 мА).
В целом, несмотря на отдельные «шероховатости», протестированный DC-DC преобразователь получился интересным и весьма миниатюрным устройством.
Он вполне пригоден для замены маломощного лабораторного блока питания лишь с небольшим ограничением: «настоящие» лабораторные блоки питания могут формировать напряжения от нуля Вольт, а этот преобразователь — примерно от 1.3 В.
Кроме замены лабораторных блоков питания, преобразователь может заменить и зарядные устройства для аккумуляторов (важно не ошибиться с корректной установкой тока и напряжения заряда).
Можно его использовать также для питания светодиодных лент и других бытовых целей.
Не обойдётся и без критических замечаний.
Пожалуй, наиболее важное — недостаточная точность измерения выходного тока. Только в диапазоне примерно от 0.5 до 2.5 А точность можно считать приемлемой, а при выходе за эти пределы лучше ориентироваться на показания внешних приборов.
И не совсем удобно, что для регулировки напряжения и тока требуется инструмент (отвёртка). А ведь существуют в природе многооборотные подстроечные резисторы, подобные применённым в устройстве, но с длинными рельефными ручками, которые можно вращать без инструмента!
Рекомендации.
Рассмотренный преобразователь является вторичным источником питания, для которого требуется хотя бы самый простейший первичный источник постоянного напряжения.
Думаю, что с этим в большинстве случаев проблем быть не должно.
Если хорошо поскрести по сусекам, то обязательно в доме найдётся подходящий «первичный» источник питания: блок от ноутбука, сканера, принтера и т.п.
Кроме того, надо отметить, что хотя для преобразователя указан предельный ток 5 А, реально он в длительном режиме может отдать ток до 2.7 А (иначе — перегрев). А значение тока в 5 А следует рассматривать как допустимую нагрузку в импульсе до нескольких секунд.
Купить этот DC-DC преобразователь можно, например, у этого продавца на Алиэкспресс, а также у многих других. Цена на дату обзора с доставкой — около 320 рублей, без платы измерения — 120 рублей. В дальнейшем цена может меняться в любую сторону, проверяйте актуальную цену!
Всем спасибо за внимание!
При тестировании преобразователя использовалось следующее оборудование:
— мультиметр ANENG V8 (обзор);
— осциллограф Fnirsi D1013 (обзор);
— тепловизор Uni-T 120 (обзор).
Всем привет! Я уже писал, как можно сделать лабораторный блок питания, сейчас я покажу несколько способов по его применению.
Первое применение/опыт : Получение горючего газа посредством электролиза.
Понадобятся 2 куска фольги сложенных и скрученных вместе с бумажным полотенцем или салфеткой. Всё это опускается в стакан с соленой водой и средством образующем пену. К кусочкам фольги подводим напряжение от блока питания, и у нас сразу начинает вырабатываться горючий газ.
Кстати этот эксперимент и последующие стоит проводить при хорошей вентиляции, так как не все вырабатываемые пары и газы безвредны.
Второе применение/опыт: Лампочка из графита
Следующий эксперимент думаю, видели многие, если подать напряжение на графитовый стержень от карандаша, то он разогревается настолько что начинает испускать свет. Правда работает такая лампа недолго но если поместить его в вакуум то думаю получится вполне рабочая лампочка, многие первые лампы накаливания имели угольную нить наверняка и с графитовой тоже будет работать =)
Третье применение/опыт: Гальванотехника
Для следующего эксперимента понадобятся медный купорос и лимонная кислота,
растворяем их в дистиллированной воде, далее помещаем в полученный электролит кусок меди подключенный к положительному выводу блока питания, и металлическую деталь, её подключим к отрицательному полюсу, выставим небольшой ток и оставим минут на 5. Наша деталь стала покрыта тонким слоем меди, чем дольше будет происходить процесс, тем толще будет слой меди.
Четвёртое применение/опыт: Металлообработка
Возьмём стальной предмет и покроем тонким слоем пластилина, далее «прошкрябываем» надпись или картинку и из пластилина формируем ванночку, заливаем солевой раствор.
Плюс от блока питания подключаем к обрабатываемой детали, а минус к металлическому саморезу. При опускании самореза в соляной раствор электрическая цепь замыкается и начинается электрохимическая реакция в результате которого незащищённый метал анода разъедается. Ток и напряжение в этом и предыдущих экспериментах выбирается индивидуально, чем больше эти величины, тем быстрее протекают реакции. Таким способом можно проделать отверстие даже в очень прочной стали.
Пятое применение/опыт: «Выжигатель»
Просто берём кусочек нихромовой проволоки, сгибаем её и подаём напряжение, проволока будет нагреваться и можно её использовать как выжигатель по дереву или резак для пластика.
В заключении: Имея лабораторный блок питания можно делать много полезных и бесполезных вещей всё зависит от вашей фантазии!
[media=https://www.youtube.com/watch?v=ITrqHqnLq7Y]
Лабораторный блок питания — один из основных приборов в арсенале радиолюбителя. Наиболее распространёнными являются источники питания на основе импульсных и линейных стабилизаторов, использующих трансформаторы и транзисторные регуляторы выходного напряжения и тока. Из-за большого уровня трудно устранимых высокочастотных помех импульсные блоки питания мало подходят для работы с радиоприёмной и радиопередающей аппаратурой, поэтому большинство пользователей предпочитают лабораторные блоки питания на основе линейных стабилизаторов. Многие распространённые линейные промышленные и самодельные блоки питания позволяют получить на выходе напряжение от 0 до 30 В при токе до 1…3 А. Это ограничение обусловлено большими тепловыми потерями на выходном транзисторе, особенно при низком выходном напряжении и большом токе нагрузки. При ремонте и наладке различной аппаратуры, особенно автомо бильных приёмников, усилителей, различных преобразователей напряжения, низковольтных электродвигателей постоянного тока, различного электроинструмента и т. д., такой максимальный выходной ток может оказаться недостаточным.
Лабораторный блок питания, описание которого приводится ниже, обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения от 0 до 25 В при токе до 6 А и отличается более высоким КПД за счёт использования в качестве регулирующих элементов тиристоров. Тепловая мощность, которая рассеивается на них, гораздо меньше в сравнении с линейными транзисторными регуляторами. Основным недостатком этого блока питания является более высокий уровень пульсаций напряжения на выходе, который зависит от тока в нагрузке и ёмкости выходных конденсаторов, а также несколько меньшая точность стабилизации выходного тока и напряжения. Так, при выходном токе 1 А пульсации — около 200 мВ, а при токе 3 А они увеличиваются до 500 мВ. Поэтому от этого БП можно питать мощные потребители, которые малочувствительны к пульсациям. Выходные характеристики по току и максимальному напряжению практически полностью зависят от параметров силового трансформатора, максимальных токов тиристоров, силовых диодов и могут быть легко изменены в любую сторону.
Рис. 1. Схема устройства
Схема устройства приведена на рис. 1. Питание узлов осуществляется от трансформатора Т1, а требуемые выходные ток и напряжение обеспечиваются путём управления выпрями тельным мостом на диодах VD1, VD2 и тиристорах VS1, VS2. Конденсаторы C6 и C7 сглаживают пульсации выходного напряжения. На транзисторных оптронах U1, U2, транзисторе VT3, конденсаторе C2 и резисторах R5, R11, R12 реализован формирователь пилообразного напряжения с фазовой привязкой к началу полуволны сетевого напряжения. Компаратор DA1.1 сравнивает выходное напряжение с резистивного делителя R7R8R9 с пилообразным напряжением, поступающим с движка переменного резистора R10, и вырабатывает импульсы управления тиристорами с необходимой фазовой задержкой, которые через резистор R6, диоды VD5, VD6, транзисторы VT1, VT2 поступают на управляющие выводы тиристоров, обеспечивая их открытие в требуемый момент времени.
Такое построение схемы позволяет повысить стабильность заданного выходного напряжения при изменении напряжения в сети. Ток нагрузки проходит через датчик тока — резистор R17, и пропорциональное току напряжение поступает на инвертирующий вход компаратора DA1.2, который сравнивает его с напряжением, поступающим с делителя R13R15 и переменного резистора R14. При превышении напряжения на резисторе R17 над напряжением на движке резистора R14 транзистор на выходе компаратора открывается и к делителю R11R12 подключается резистор R19, что уменьшает амплитуду пилообразного напряжения на входе компаратора DA1.1 в течение нескольких полупериодов, обеспечивая снижение выходного напряжения и ограничение таким образом выходного тока. При указанном номинале резистора R17 с помощью переменного резистора R14 можно регулировать максимальный выходной ток от 0,5 А до 10 А, что позволяет не только защитить ремонтируе мые и настраиваемые различные электронные устройства от до-пол нител ьного повреждения при ошибочных действиях, но и заряжать любые аккумуляторы, от малогабаритных гелевых до автомобильных.
В авторском варианте использован готовый силовой трансформатор ТПП 306-220-50 номинальной мощностью 135 Вт, обмотки 13-14 и 19-20 которого соединены параллельно. При таком включении изготовителем гарантирован выходной ток не менее 5,2 А, что и ограничило значение максимального тока на выходе — 6 А. При большом токе нагрузки обмотки сильно нагреваются, поэтому в корпус пришлось установить вентилятор от блока питания компьютера и запитать его от одной из обмоток через диодный мост VD8. При самостоятельном изготовлении силового трансформатора для переделки удобно использовать распространённый трансформатор ТС-180 или ТС-200. Все вторичные обмотки удаляют, а вместо них эмалированным медным проводом ПЭЛ-1,5 на обеих половинах наматывают новые обмотки по 40 витков и соединяют их согласованно последовательно для получения переменного напряжения около 24 В. Если для блока питания не требуется выходное напряжение более 16 В, то можно ограничиться обмоткой на 14 В и трансформатором меньшей мощности. Надобность в дополнительных обмотках для питания вентилятора и измерительных приборов на выходе зависит от конкретной ситуации и может отсутствовать.
Рис. 2. Чертёж печатной платы блока управления тиристорами и размещение элементов на ней
Диоды VD1, VD2 и тиристоры VS1, VS2 размещены на ребристом теплоотводе размерами 100x70x35 мм и тоже обдуваются вентилятором, но их нагрев значительно меньше нагрева обмоток силового трансформатора. Основные элементы блока управления тиристорами размещены на печатной плате, чертёж которой показан на рис. 2. Она изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и соединяется с силовыми и регулировочными элементами посредством разъёмного клеммника X1 2EDGRC-5.08-12p-14-00AH с ответной частью 2EDGK-5.08-12p-14-00AH. Конечно, в конструкции может быть применён любой доступный клеммник с шагом между контактами 5,08 мм или от платы к внешним элементам просто припаивают отрезки провода.
При отсутствии элементов, аналогичных использованным автором, большинство их можно заменить подобными, близкими по параметрам. Так, в качестве тиристоров VS1, VS2 очень хорошо работают отечественные КУ202Е-КУ202Н, Т112-10, Т122-25 и другие, подходящие по максимальному току и напряжению. Диоды VD1, VD2 могут быть серий Д242-Д246 с любым буквенным индексом. Выбор типа силовых элементов в авторском варианте обусловлен исключительно удобством монтажа на теплоотводе. Транзисторные оптроны PS2502-1 можно заменить оптронами 249КП1, PC817, TLP521-1. Транзисторы VT1, VT2 должны быть рассчитаны на напряжение коллектор- эмиттер не менее 50 В и ток коллектора не менее 0,3 А. Таким требованиям отвечают транзисторы MPSA06, КТ502Е, BC640. Транзистор VT3 может быть MPSA05, КТ3117А1 или КТ3102 с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD7 — любой маломощный с напряжением стабилизации 10…13 В, например, 1N4742A, 1N4743A, КС212Б, КС212Ж, КС213Б, КС213Ж. В качестве компаратора DA1 можно применить отечественные микросхемы КР1401СА3Б или КР1464СА1Р. Оксидные конденсаторы большой ёмкости C6 и C7 закреплены на основании устройства. Их ёмкость выбирают исходя из требований к допустимым пульсациям выходного напряжения, и она может быть изменена в любую сторону. К выводам одного из конденсаторов припаян резистор R16. Если блок питания будет использоваться исключительно для зарядки аккумуляторов, эти конденсаторы можно не устанавливать или ограничиться одним, с ёмкостью около 1000 мкФ. Постоянные резисторы — МЛТ, С2-23 или импортные металлоплёночные, резистор R17 — проволочный серии RX24 в алюминиевом корпусе с номинальной мощностью 10.25 Вт. Переменные резисторы R10, R14 с линейной регулировочной характеристикой — СП3-4аМ, СП3-30А, импортные — 16K1, подстроечные резисторы — RM063, RM065. Конденсатор C2 — К73-17 или аналогичный плёночный. Оксидные конденсаторы C1, C3, C5, C6, C7 — К50-35 или импортные аналоги. Внешний вид смонтированной печатной платы показан на рис. 3.
Рис. 3. Внешний вид смонтированной печатной платы
Рис. 4. Блок питания в металлическом корпусе
Конструктивно блок питания выполнен в металлическом корпусе размерами 250x200x100 мм, на несущем основании которого, как показано на рис. 4, смонтированы трансформатор Т1, оксидные конденсаторы C6 и C7, а также теплоотвод. Дополнительно к теплоотводу на стойках закреплена плата и прикручен винтами резистор R17. На лицевой панели установлены выключатель питания SA1 (IRS-201-6C с подсветкой), цифровой измеритель выходного напряжения и тока А1 (артикул R-97667, с интервалами измерения напряжения 0.100 В и тока 0.10 А), переменные резисторы регулировки выходного тока и напряжения, а также гнёзда XS1, XS2 для подключения внешней нагрузки. Фальшпанель с необходимыми надписями напечатана на обычной офисной бумаге, заламинирована и приклеена к несущей панели полосками тонкого двухстороннего скотча. Внешний вид блока питания показан на рис. 5.
Рис. 5. Внешний вид блока питания
Правильно собранный блок питания начинает работать сразу, потребуется лишь подстроечными резисторами R9 и R13 установить верхние пределы регулировки выходного тока и напряжения соответственно. При зарядке аккумуляторной батареи сначала устанавливают выходное напряжение, равное паспортному значению максимального напря жения полностью заряженной батареи. После подключения батареи выходное напряжение уменьшится, а затем начнёт постепенно увеличиваться до установленного уровня. Регулятором ограничения тока устанавливают ток зарядки. Так как блок питания не предназначен для зарядки аккумуляторной батареи только одного типа, он не отключает выход по достижении требуемого напряжения, поэтому в процессе надо контролировать уровень достигнутого напряжения на аккумуляторе и вовремя его отключить.
Следует помнить, что в блоке питания установлены конденсаторы большой ёмкости, накопленной энергии которых достаточно, чтобы дополнительно повредить подключённую внешнюю аппаратуру или ремонтируемое устройство, если в них имеются неисправности или ошибочные соединения. Во избежание таких проблем внешнюю нагрузку подключают при нулевом напряжении на выходе, а затем плавно его увеличивают до требуемого значения. Если внешнее устройство не допускает плавную подачу рабочего напряжения, сначала устанавливают требуемое выходное напряжение и ограничение тока, затем выключают блок питания и, подождав около 10 с для разрядки конденсаторов выпрямителя, подключают нагрузку, а затем вновь включают устройство.
Чертёж печатной платы находится здесь.
Автор: В. Кравцов, г. Новороссийск Краснодарского края
Лабораторный блок питания на основе DC-DC преобразователя XL4016.
ТТХ:
Входное напряжение: 7V — 40V
Выходное напряжение: 1.25V — 35V
Выходной ток: 0.3A — 10A
Для нормально отображения перехода с CV в CC схема индикации требует небольшой доработки. Режем дорожку между 7-й ногой ОУ LM358 и затвором VT1. Соединяем перемычкой затвор VT1 с 1-й ногой ОУ LM358. Удаляем синий светодиод с затвора. После доработки — красный загорается при срабатывании CC. Схема со всеми изменениями в конце статьи.
Два дня ушло на рисование классики. Все детали спроектированы для печати без поддержек.
Общее время печати составило около 22 часов на скорости 60мм/с. Стоимость PLA, без учета электричества и амортизации ~$5. В качестве первичного источника использовал старый БП от ноутбука фирмы HP, модель PPP017S. Выходное напряжение 18.5В, ток 6.5А. Для питания вентилятора +12В и линии USB +5В использовал MP1584. Имхо если не выдавливать из них все 3А, то за эти деньги вещь годная. Требуют напильника — 470мкФ-1000мкФ на выходе для уменьшения пульсаций. От 5 штук дешевле.
Многооборотные резисторы BOCHEN WXD3-13-2W на 10кОм, 2 штуки. Показометр DSN-VC288 — тормоз, не возможно настроить на весь диапазон 0В-100В. Врет или в начале, или в конце. Кое-как настроил на 0В-30В. По току совсем печально — ток 0.3А показывает 0.7А, ток 3.5А показывает 5.5А и регулировки не хватает скомпенсировать это безобразие. Если напряжение первичного источника «Supply Power» меньше 30В, то «Isolated Power» можно запитать от «Supply Power», что и было сделано.
Страшный сон электрика
Передняя панель
Для USB использовал такие платы. Ищутся по «Type A Female USB To DIP 2.54mm PCB Connector». Оптом от 5-10 штук дешевле.
Выставил 12В/10А и снял пульсации осциллографом с закрытым входом. В качестве нагрузки автомобильная лампочка дальнего света. Получилось 20мВ с частотой 166кГц. Отличный результат.
При выдергивании нагрузки в режиме CC, модуль не горит и не плавится. Из недостатков — на моем экземпляре не удалось выставить ниже 1.4В по напряжению и 0.3А по току. Огромная входная ёмкость кондесаторов. Еще один косяк — при минимальном напряжении 1.4В ограничение тока не работает и модуль выдает на все деньги, около 12А. Как написал в комментариях ksiman, 12А глюк устраняется добавлением резистора 100 Ом в разрыв между 2-й ногой XL4016 и выходом регулируемого делителя напряжения R9-R11-R12. Схема после всех доработок
Фото платы после ножа
Забирать модели тут.
Добавить в избранное
Понравилось
+117
+208