Лабораторный блок питания с регулируемым напряжением от 5 до 100В (0,2А)
- Интервалы выходного напряжения, В — 5. 55, 50. 100;
- Максимальный выходной ток, мА . 200;
- Уровень ограничения выходного тока, мА. 250;
- Пульсации выходного напряжения, мВ, не более . 10;
- Нестабильность выходного напряжения при изменении напряжения сети в пределах 190. 240 В и выходного тока 0. 200 мА, %, не более . 0,1.
Высокая стабильность обеспечена применением в качестве источника образцового напряжения и усилителя сигнала рассогласования микросхемы КР142ЕН19А [1].
- напряжение анод-катод: 2,5…36 вольт;
- ток анод-катод: 1…100 мА (если нужна стабильная работа, то не стоит допускать ток менее 5мА);
Точность опорного источника напряжения TL431 зависит от 6-той буквы в обозначении:
- без буквы — 2%;
- буква A — 1%;
- буква B — 0,5%.
Видно, что TL431 может работать в широком диапазоне напряжений, но вот токовые способности не так велики всего 100 мА, да и мощность рассеиваемая такими корпусами не превышает сотен мили Ватт. Для получения более серьезных токов интегральный стабилитрон стоит использовать как источник опорного напряжения, регулирующую функцию доверив мощным транзисторам.
Схемы включения TL431
Рабочие характеристики стабилизатора задаются двумя резисторами. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Часто применяется в стабилизаторах тока в зарядных USB устройствах, промышленные блоки питания, принтеров и другой бытовой техники.
TL431 есть практически в любом блоке питания ATX от компьютера, позаимствовать можно из него. Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть.
На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками. Количество вариантов применение очень большое, хорошие схемы можно найти на зарубежных сайтах.
Регулируемый блок питания 0…16В 5А.
Предлагаем вашему вниманию универсальный блок питания, который имеет на выходе два постоянных стабилизированных напряжения 5 и 12,6 вольт, а также регулируемый выход, позволяющий изменять выходное напряжение в пределах от 0 до 16 вольт. Последний выдерживает ток нагрузки порядка 5 ампер. Токи стабилизаторов DA1 и DA2 соответствуют техническим характеристикам этих элементов. Приведенная ниже схема публиковалась в 2011 году в одном из выпусков журнала “Радиомир”.
Блок питания обладает следующими характеристиками:
● Сетевое напряжение …………………………………………………………….……………. 180-230 В;● Мощность, потребляемая от сети …………………………………………………..….…….…120 Вт;● Выходное напряжение первого канала …………. ……. …..… 5 В при токе до 2 ампер;● Выходное напряжение второго канала …………. …….12,6 В при токе до 1,5 ампер;● Выходное напряжение регулируемого канала . … 0 – 16 В при токе до 5 ампер.
Принципиальная схема изображена на рисунке ниже.
Рассмотрим схему этого стабилизатора.Сетевое напряжение 220 вольт поступает на входной фильтр от помех, собранный на T1 и двух конденсаторах С1 и С2 (был взят готовый от БП компьютера), далее на понижающий трансформатор Т2. Выпрямитель реализован на диодной сборке КВР206, правда остается не понятно, эта сборка диодов расчитана на Uобрат=600В, но ток она способна пропустить всего 2 ампера. Технические характеристики смотри на картинке ниже.
Вместо нее наверно лучше было бы поставить, например, KBU6G, (RS604) мост 6А, 400В. Параметры этой диодной сборки такие:
— Максимальное постоянное обратное напряжение, В ………………………..………….400;- Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток, А …………………………..6;- Максимальное импульсное обратное напряжение, В ……………………..…………….480;- Максимальный допустимый прямой импульсный ток, А ……………..…..…………….250;- Максимальный обратный ток, мкА …………………………………………………………. 10;- Максимальное прямое напряжение, В ………………………………………………………. 1.
Или, например, 8GBU06 (GBU8J), Диодный мост, 8А 600В.
При неимении подобных диодных сборок, выпрямительный мост можно собрать из отдельных диодов, способных выдерживать большие токи. Например, можно использовать Д231, Д213, Д246, или подобные.
Пятивольтовый канал собран на микросхеме 7805 (КР142ЕН5А). Это стабилизатор фиксированного напряжения. Вот его параметры:
— Тип ……………………………..…. …. ….… нерегулируемый- Выходное напряжение, В……….……….…. ……. ………. 5- Ток нагрузки, А………………………….………. ……………… 2- Тип корпуса ……………………………….………. ….. TO220- Максимальное входное напряжение, В …. …..15- Нестабильность по напряжению, % . 0.05- Нeстабильность по току, % …………………. ………..1.33- Температурный диапазон, C………………. …. ….-10…70
Двенадцативольтовый канал реализован на стабилизаторе фиксированного напряжения 7812 (КР142ЕН8Б).
Технические характеристики 7812 (КР142ЕН8Б):- Тип . нерегулируемый- Выходное напряжение, В. 12- Ток нагрузки, А . 1,5- Тип корпуса. TO220- Максимальное входное напряжение, В. 35- Нестабильность по напряжению, %. 0.05- Нeстабильность по току, %. 0,67- Температурный диапазон, C. -10…70
Импортным аналогом КР142ЕН8Б является микросхема A7812C.
Обратите внимание, выходное напряжение этого канала на 0,6 вольта сделано больше, чем напряжение, которое выдает микросхема (за счет диода VD2), т.е. на ее выходе получается 12,6 вольт. Это сделано для того, чтобы была возможность при необходимости подзарядить 12 вольтовый аккумулятор.
Схема, защищающая стабилизатор от перегрузки и КЗ выполнена на микросхеме DA3 (TL431). Она представляет собой трехвыводной регулируемый прецизионный параллельный стабилизатор с высокой температурной стабильностью. Выпускается фирмами MOTOROLA и TEXAS INSTRUMENTS. Изготавливается в корпусах как для обычного, так и поверхностного монтажа (смотри рисунок ниже).
Параметры TL431: для увеличения таблицы кликните на изображении.
Аналоги TL431 : 142ЕН19 , HA17431A , AS2431A1D , IR9431N , LM431BCM , TL431ACD , AS2431A1LP , KA431ACZ , LM431BCZ , KA431AD , LM431BIM , SPX431LS , AS2431B1LP , HA17431VP и другие.
На транзисторе VT1 (КТ829А) собран собственно сам регулятор 0 – 16 вольт. Параметры транзистора смотри ниже.
Импортными аналогами КТ829А являются: 2SD686 , 2SD691 , 2SD692 , BD263A , BD265А , BD267A , BD335 , BD647 , BD681 , BDW23C , BDX53C.При увеличении напряжения на резисторе R8 при перегрузках или коротком замыкании на выходе регулируемого канала, произойдет открытие DA3, которая в свою очередь зашунтирует базу VT1 и ограничит выходной ток стабилизатора. Необходимый ток ограничения можно выставить сопротивлением R7. Автор статьи утверждает, что вместо микросхемы DA3 возможно поставить любой транзистор не большой мощности с обратной проводимостью. Резистор R8 намотан нихромом 1мм на 2 ваттный резистор типа МЛТ.Зеленый светодиод HL2 индицирует наличие напряжения на выходе. HL1 горит при подключенном блоке питания к сети 220 вольт.
Печатная плата устройства изображена на следующем рисунке.
В качестве амперметра применена головка на 100 мкА (например, можно поставить М2003), которая подключена к шунту RS1. Шунт можно изготовить путем намотки 10 витков медного провода диаметром 0,8мм на оправку диаметром 8мм. Чтобы подогнать показания измерительной головки , последовательно ей подключают подстроечный резистор (можно многооборотный), и с помощью него подгоняют показания относительно эталонного амперметра, включенного последовательно с нагрузкой. В качестве эталонного амперметра можно использовать цифровой мультиметр, включенный в режим измерения больших токов.Электролит С3 (смотри схему), ставьте вольт на 35, меньше утечки, меньше греться будет.Трансформатор выбирайте ватт на 150 – 200, например, перемотанный ТС-180 (200) от старых телевизоров, или типа ТПП-292 (293, 294, 303). На вторичной обмотке должно быт порядка 18 – 24 вольт, и чтобы она могла выдерживать ток порядка 5 – 6 ампер.Микросхемы стабилизаторов можно закрепить к металлическому корпусу блока питания через слюду. VT1 ставится на радиатор. При подстройке резистора R7, его оставляют в таком положении, когда при плавном вращении ручки потенциометра R3 напряжение на нагрузке перестает расти.
Схемы применения TL431
Для того, чтобы правильно подключить, важно соблюдать технику безопасности и следовать последовательности, как, например, при применении схемы подключении двухклавишного выключателя или при применении схемы подключения узо.
Работа микросхемы
Извне принцип работы аппарата выделяется довольно несложно. Если подать на контакт ref напряжение, которое превышает 2 В, тогда выходной транзистор проведёт электрически ток между анодом и катодом. Ток, который идёт к микросхеме, в блоке питания в таком случае увеличивается. Это вызывает уменьшение мощности блока питания. Затем происходит уменьшение напряжения до допустимого уровня. Следовательно, для блока питания применяют TL431 с целью того, чтобы поддерживалось стабильное выходное напряжение.
Одна из самых важных частей микросхемы – источник опорного напряжения. Он эквивалентен ширине запрещённой зоны. Основные составляющие есть на фото кристалла – пространство эммитера транзистора Q5 в восемь раз превышает Q4. Так, два транзистора имеют разные реакции на температуру. Объединение выходных сигналов с транзисторов происходит посредство объединения через резисторы R4, R3 и R2 в необходимой пропорции с целью компенсации эффектов температуры. Итого, формируется стабильный опорный сигнал.
В компаратор по температуре из стабилизированной запрещённой зоны посылается напряжение. Входом компаратора служат Q9 и Q8, Q1 и Q6. Выход же компатора идёт через Q10, чтобы управлять резистором Q11 (выходной).
Схема включения TL431
Схема включения и контроля напряжения TL431A
Нередко терморезистор выполняет функцию датчика температуры, уменьшая степень своего сопротивления в случае возрастания температуры. Это происходит по причине отрицательного температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Те резисторы, у которых сопротивление увеличивается вместе с увеличением температуры (с положительным значением ТКС), имеют название позисторы. В этом терморегуляторе в случае превышения температуры заданного лимита, заработает реле или любое другое устройство с подобными функциями. Оно сразу же отключит нагрузку или включит систему охлаждения в зависимости от ситуации.
Данная схема имеет малый гистерезис, и чтобы его увеличить, нужно ввести ООС (отрицательная обратная связь) между выводами 1-3. К примеру, подстроченный резистор с сопротивлением 1.0-0.5 мОм. Надо подобрать экспериментальным путём подобрать в зависимости от требуемого гистерезиса. Если требуется, чтобы устройство срабатывало во время температурного снижения, тогда следует поменять местами регуляторы и датчик. Иначе говоря, включить в верхнее плечо термистор, а в нижнее – переменное сопротивление с самим резистором.
Подключение устройства TL431 требует внимания и является ответственной операцией, при которой важно не пренебрегать правилами безопасности, как например при подключении электроплиты.
Блок питания на тл431 с регулировкой напряжения и тока
Прежде всего необходимо сформулировать свои требования к техническим характеристикам БП. У любых источников питания есть две важнейших характеристики: выходное напряжение и максимальный выходной ток, который БП сможет отдавать в нагрузку. Выходное напряжение должно регулироваться — ведь не будете же вы к каждой новой конструкции покупать свой отдельный источник питания.
Также желательна и регулировка выходного тока, чтобы в случае чего его можно было ограничить определенным значением. Защита от короткого замыкания в нагрузке тоже нужна — ведь от ошибок никто не застрахован. Свежеспаянное устройство может закоротить цепи питания, погубив и себя, и БП. Пульсации выходного напряжения — еще один важный параметр, на который следует обратить внимание, выбирая БП. Чем меньше значение пульсаций выходного напряжения, тем лучше для вашего устройства.
К покупным источникам питания можно повысить требования.
Обратите внимание на:
- способ индикации выходного напряжения и тока — аналоговый или цифровой;
- одноканальность или двухканальность БП;
- регулировку напряжения и тока — аналоговая или цифровая (проще говоря — кнопочная или «крутилкой»);
- шаг изменения выходного напряжения и тока, точность установки этих параметров;
- внешний вид, наконец, и удобство управления.
Рекомендуемые блоки питания
Если есть возможность приобрести готовые источники питания, то вполне подойдет одноканальный БП фирмы MCP с регулируемым напряжением и током, у которого регулируемое выходное напряжение в диапазоне 0 — 30 В, регулируемый выходной ток, максимальный ток — 5 А. Есть защита от КЗ в нагрузке.
Или источники питания, выпускаемые компанией Matrix:
Одноканальный блок питания. Максимальное выходное напряжение у него 30 В, с регулировкой от нуля до 30, максимальный ток — 5А, также регулируемый. Регулировка аналоговая — переменными резисторами.
Более сложный блок питания — двухканальный, с раздельной регулировкой тока и напряжения в каждом канале.
В этом устройстве два независимых канала — каждый со своей регулировкой тока и напряжения. Индикация также раздельная.
При всем разнообразии этих БП не следует забывать, что за все нужно платить. Самый простой источник питания может вам обойтись в 3500 рублей, ну а верхний предел и называть на стоит.
Лабораторный блок питания своими руками
Однако, вполне вероятно (и даже наверняка), что для начала вам будет достаточно более простого БП, который можно собрать самому. Он, конечно, будет не так красив, как фирменный — зато будет сделан вашими собственными руками, да и обойдется не в пример дешевле, а со своими обязанностями будет справляться не хуже.
Итак, у первого нашего БП регулируемое выходное напряжение в диапазоне 1,5 — 15 В и максимальный выходной ток 1А.
Схема блока питания показана на рисунке ниже.
Вам потребуется трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 13 — 15 В и выдерживающий ток 1 А. Мощность трансформатора — 15 — 20 Вт. Вполне подойдут готовые, например, от старых телевизоров или радиоприемников. Также потребуется диодный мост — VD1, с максимальным током не менее 1 А. Стабилитрон VD2 можно заменить на КС515 или любой другой с напряжением стабилизации 15 В. Переменный резистор R2 — любого типа; R1, R2 — также любого типа, мощностью 0,25 Вт. Транзистор VT1 — КТ315 с любым буквенным индексом или КТ3102, VT2 — КТ817, также с любой буквой. Конденсатор С1 — с рабочим напряжением не менее 25 В. С2 — керамический или пленочный — не имеет значения. Амперметр А — с током полного отклонения стрелки 1 — 2 А, вольтметр V — с напряжением полного отклонения стрелки 15 — 20 В.
Вообще, амперметр и вольтметр ставить не обязательно — БП будет прекрасно работать и без них. Эти приборы нужны для контроля за выходным напряжением БП и потребляемым нагрузкой током. А то и другое можно проконтролировать с помощью внешних приборов. Предохранитель F2 — на ток не более 2 А. Если его не установить, то в случае КЗ могут сгореть транзисторы и диодный мост. Транзистор VT2 нужно обязательно установить на радиатор площадью не менее 100 кв. см, иначе он может перегреться.
Первое включение блока питания должно происходить, разумеется, без нагрузки. После включения устройства резистором R2 регулируем выходное напряжение и контролируем этот процесс по вольтметру V или внешнему прибору. Если все в порядке, можно подключать нагрузку.
Блок питания на микросхеме
Второй блок питания проще, поскольку в нем используется микросхема. Его выходное напряжение лежит в пределах 1,2…20 В с максимально допустимым током 1,0 А. Блок питания имеет встроенную систему защиты от перегрузки по току и превышению максимально допустимой температуры.
Технические характеристики:
- Выходное напряжение, В: 1,2…20+5%
- Номинальный ток нагрузки, А: 1,0
- Максимальный ток нагрузки, А: 1,2
- Минимальное входное напряжение переменного тока при номинальном токе нагрузки, не менее, В: 7,0 (при выходном напряжении не более 1,5 В)
- Максимально допустимое входное напряжение переменного тока при номинальном токе нагрузки, не более, В: 26,0
Состоит блок питания из выпрямителя на диодах VD1…VD4, сглаживающего фильтра (конденсатор С1) и линейного стабилизатора напряжения на интегральной микросхеме DA1. Выходное напряжение стабилизатора устанавливается с помощью переменного резистора R1.
Диоды VD1…VD4 — КЦ405, VD5 и VD6 — любые кремниевые, на ток до 1 А.
На стабилизированный источник питания входное напряжение переменного тока необходимо подавать от понижающего трансформатора, который обеспечивает выходное напряжение не более 24 — 26 В при токе 1,2 А.
Обратите внимание, для нормальной работы микросхемы DA1 напряжение между входом и выходом микросхемы DA1 при максимальном выходном токе должно находиться в пределах 3…10 В.
Источник: журнал «Левша»
Вам также может пригодиться регенератор аккумуляторных батарей. Не пропустите интересную статтью!
Применение [ править | править код ]
Линейные стабилизаторы напряжения [ править | править код ]
В простейшей схеме параллельного стабилизатора напряжения управляющий вход TL431 замыкается на катод, что превращает микросхему в функциональный аналог стабилитрона с фиксированным опорным напряжением ≈2,5 В . Типичное внутреннее сопротивление такого «стабилитрона» на частотах до 100 кГц составляет примерно 0,2 Ом ; в диапазоне частот 100 кГц…10 МГц оно монотонно возрастает до примерно 10 Ом [26] . Для стабилизации бо́льших напряжений управляющий вход TL431 подключается к резистивному делителю R2R1, включённому между катодом и анодом. Стабилизируемое напряжение анод-катод и внутреннее сопротивление такого «стабилитрона» возрастают в ( 1 + R 2 / R 1 )
Дополнение схемы параллельного стабилизатора эмиттерным повторителем, включённым в петлю обратной связи, превращает её в последовательный стабилизатор. Обычные или составные транзисторы npn-структуры, используемые в качестве проходных вентилей, работоспособны лишь при достаточно высоком падении напряжения между входом и выходом, что снижает коэффициент полезного действия стабилизатора [30] . Проходные транзисторы pnp-структуры в режиме насыщения работоспособны при напряжениях коллектор-эмиттер до ≈0,25 В , но при этом требуют высоких управляющих токов, что вынуждает использовать составные транзисторы с минимальным падением напряжения 1 В и выше [30] . Наименьшее падение напряжения достигается при использовании мощных МДП-транзисторов [30] . Стабилизаторы с истоковыми повторителями схемотехнически просты, устойчивы, экономичны, но требуют дополнительного источника питания затворов МДП-транзисторов (ΔU на иллюстрации) [30] .
