Мощный лабораторный блок питания с повышенным КПД и защитой на МК

 Регулируемый блок питания - неотъемлемая часть радиолюбительской лаборатории. В журнале “Радио” было описано немало подобных устройств, однако некоторые из них имеют низкий КПД, дело в том, что чаще всего лабораторные блоки питания изготавливают на основе линейных стабилизаторов, поскольку устранить основной недостаток импульсных источников — повышенный уровень пульсаций — нередко очень сложно. Как правило, следствие подобного схемотехнического решения — повышенные потери мощности. Автор (С. КОРЕНЕВ, г Красноярск) предлагает свой вариант решения этой проблемы. Данный ЛБП состоит из двух основных частей, силового модуля и цифрового модуля измерения напряжения и тока с защитой. О каждой из этих частей будет рассказано отдельно.

 И так силовая часть лабораторного блока питания.

Транзисторная оптопара U1 поддерживает падение напряжения на линейном стабилизаторе примерно 1,5V. Если падение напряжения на микросхеме увеличивается (например, вследствие увеличения входного напряжения), излучающий диод оптопары и, соответственно, фототранзистор открываются. ШИМ - контроллер выключается, закрывая коммутирующий транзистор. Напряжение на входе линейного стабилизатора уменьшится.

 Для повышения стабильности резистор RЗ размещают как можно ближе к микросхеме стабилизатора DA1, дроссели L1, L2 — отрезки ферритовых трубок, надетых на выводы затворов полевых транзисторов VT1, VT3. Длина этих трубок равна примерно половине длины вывода. Дроссель L3 наматывают на двух сложенных вместе кольцевых магнито-проводах К36х25х7.5 из пермаллоя МП 140. Его обмотка содержит 45 витков, которые намотаны в два провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм, уложенных равномерно по периметру магнито-провода.
Поскольку при токе нагрузки, близком к максимальному, на стабилизаторе DA1 и транзисторе VTЗ выделяется значительная мощность, их следует установить на тепло -отводы площадью не менее 30 см². Транзистор IRF9540 (VT3) допустимо заменить на IRF4905, а транзистор IRF1010N (VT1)  на BUZ11, IRF540, КП727Б. Площадь, тепло - отводов, для конкретной сборки рассчитайте самостоятельно в интернете достаточно информации  по данным методикам.  Если потребуется блок с выходным током, превышающим 7,5 А, необходимо добавить еще один стабилизатор DA5 параллельно DA1 (рис. 2).

Тогда максимальный ток нагрузки достигнет 15 А..  В этом случае дроссель L3 наматывают жгутом, состоящим из четырех проводов ПЭВ-2 диаметром 1 мм, и увеличивают примерно в два раза емкость конденсаторов С1, C2 и С3. Резисторы R18, R19 подбирают по одинаковой степени нагрева микросхем DA1, DA5.ШИ - контроллер следует заменить другим, допускающим работу на более высокой частоте, например, КР1156ЕУ2.

Если  ток нагрузки нужен порядка 10А., то М\С DA4(TL598) можно оставил в схеме, но дроссель L3 намотать в 3 провода, и поставить вместо одной DA1( КР142ЕН22А) - 2 шт, как на рис 2. А конденсаторы  С1, С2, С3 поставить на 10000 mF.
Если же необходимости в большом токе нагрузки нет, стабилизатор КР142ЕН22А можно заменить на КР142ЕН22 (максимальный ток 5 А) или кР142ЕН12А(1,5А).

Модуль цифрового измерения напряжения и тока лабораторного БП

Как и оговаривалось выше, ЛБП состоит из двух частей. Пришло время немного рассказать о второй части т.е. цифровом модуле блока защиты с функцией измерения. Так же, как о силовой части описываемого БП, информация о блоке защиты с функцией измерения, печаталась в журнале «Радио» № 7. (Автор данной разработки: Н. ЗАЕЦ, п. Вейделевка Белгородской обл.)

Основой данного устройства – является микроконтроллер PICI6F873. На микросхеме DA2 собран стабилизатор напряжения, которое используется и как образцовое для встроенного АЦП микроконтроллера DD1. Линии порта RA0 и RA1 запрограммированы как входы АЦП для измерения напряжения и тока соответственно, а RA2 - для управления полевым транзистором. Датчиком тока служит резистор R2, а датчиком напряжения — резистивный делитель R7 R8. Сигнал датчика тока усиливает ОУ DA1.1, а ОУ DA1.2 использован как буферный усилитель.

Технические характеристики:

 Измерение напряжения, В - 0..50.

 Измерение тока, А - 0.05..9,99.

 Пороги срабатывания защиты:

- по току. А - от 0,05 до 9.99.

- по напряжению. В - от 0,1 до 50.

 Напряжение питания, В - 9...40.

 Максимальный потребляемый ток, мА - 50.

При нажатии на кнопку SB3 “Авто” в режиме установки выполняется выход на рабочий режим, а в рабочем режиме — автоматическая установка защиты. В последнем случае значения тока и напряжения, при которых срабатывает защита, автоматически устанавливаются больше текущих значений напряжения и потребляемого тока на две единицы младшего разряда. Большинство деталей, кроме индикаторов, кнопок и разъемов смонтированы на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 4.

Оксидные конденсаторы - К50-35 или аналогичные импортные, C2 - К1О-17, К73-24, а ОУ DA1 – КР140УД1. Светодиодные семиэлементные индикаторы могут быть любые с общим катодом или анодом, кнопки — малогабаритные с самовозвратом, например DTST-6, постоянные резисторы — МЛТ, C2-22, подстроичный - СП5-16ВА-0,25. Резистор R2 изготовлен из отрезка высокоомного провода, в авторском варианте использован резистор от вышедшего из строя мультиметра М-830. Полевой транзистор — мощный переключательный с n - каналом фирмы International Rectfier, желательно с буквой L в первой части названия, так как для его открывания достаточно напряжения 3,5...5 В. При токах нагрузки более 5 А сопротивление открытого канала должно быть не более 0,01 Ом.

Работа с устройством.

Поскольку в память записаны максимальные значения тока и напряжения, при которых срабатывает защита, при первом включении прибора на 3 сек. появится изображение, которое показано на рис. 5.

По истечении этого интервала времени - изображение текущих значений напряжения и тока, например, как на рис. 6.

Если нажать на кнопку SB3 “Авто” и отпустить, то на 3 сек. появится изображение установленных значений тока и напряжения срабатывания защиты (рис. 7).

Если защита до нажатия на кнопку SB3 “Авто” была выключена, то она включится.
При нажатии на кнопку SB1 “Установка” устройство переходит в режим установки и нажатиями на кнопку SB2 “Разряд” выбирают разряд, в котором кнопкой “Установка” устанавливают нужную цифру. В четвертом и восьмом разрядах кнопкой “Установка” включают или выключают защиту по току и напряжению соответственно. Если индицируется буква “У”, то защита включена. для примера, на рис. 8

показано, что защита по напряжению включена, а по току - выключена. При выключенной защите установленные значения могут быть любыми.

Переход из режима установки в рабочий режим можно выполнить как перемещением запятой за пределы индикатора, так и нажатием на кнопку SB3 “Авто” поcле установки любого разряда. В рабочем режиме выключенная защита индицируется приподнятыми буквами “U” и “ I ”, как показано на рис. 9.

После срабатывания защиты устраняют причину, ее вызвавшую. Возвращают устройство в исходное состояние, отключив и включив источник или включив режим “Установка”, а затем нажимая на кнопку SB3 “Авто”. Необходимо отметить, что устройство реагирует на нажатие кнопок после их отпускания. Если присутствует дребезг контактов, то параллельно кнопкам следует установить конденсаторы емкостью 0,047….0,22 mF. Питать модуль цифрового измерения напряжения и тока желательно от отдельного источника, но это далеко не обязательное условие.

В заключении хочу добавить, что трансформатор желательно брать (делать) мощностью от 300 до 400 Вт., в зависимости от максимальной нагрузки, на которую вы хотите сделать БП.

Данный девай-с был собран и обкатан Romick_Калуга и является 100% рабочим. Кроме этого Romick_Калуга любезно предоставил для всеобщего повторения свои печатные платы тем самым избавив нас от рутинной возни за что ему отдельное СПАСИБО.

Все необходимые материалы ( П\П модуля защиты и индикации (2 варианта),  п\п силового блока, прошивки, ит.д.)  для повторения данного устройства можно скачать по ссылке в конце статьи  

Да чуть не забыл. В случаи если под рукой не нашлось МК PIC16F873 его можно заменить на PIC16F876 без изменения и рисунка печатной платы и используя теже прошивки.

Ну вот теперь вроде бы точно всё, Желаю УДАЧИ!!!

Прямая ссылка на скачивание