«Почти» лабораторный блок питания. Набор-конструктор из Китая. Модернизация


По мере погружения в мир электроники, на моем столе появился приличный ворох различных блоков питания: на 3.3V, 5V, 9V, 12V и т.п. Причем некоторых несколько штук — на разные мощности. Уверен, что у многих примерно такая же ситуация на рабочем месте. И вполне естественно, что в какой-то момент времени приходишь к мысли: а нельзя ли как-то упростить себе жизнь хотя бы в этом вопросе? Да, скажете вы, для этих целей давным давно существуют лабораторные блоки питания. На разные кошельки, вкус, цвет и даже «в горошинку»… Правда и стоят они достаточно неплохо. Поэтому чаще всего начинающие радиолюбители решают этот вопрос самостоятельным изготовлением регулируемого блока питания. Наиболее популярным вариантом является регулируемый блок питания на LM317. Прямо так, слово в слово (или «adjustable power supply lm317»), и забивайте в Google. Получите ОГРОМНЕЙШЕЕ число ссылок!!!

И братья китайцы не остались в стороне от вопроса и вовсю предлагают «за недорого» набор для самостоятельной сборки (по буржуйски DIY kit) такого блока питания. Например тут.

Каюсь, но я тоже не устоял и заказал себе такой набор. Уж больно он симпатично смотрелся в прозрачном корпусе… Однако, не с моим везением. Самая важная для меня часть — а это именно корпус из оргстекла, при транспортировке оказалась поломана. Вот же, китаец, не мог нормально упаковать хрупкую вещь! После небольшой с ним переписки, маленький житель поднебесной выслал мне новый корпус. Теперь терпеливо жду.

А да, возможно еще один веский аргумент «ЗА» покупку этого набора. Я попытался заказать лазерную резку поврежденных элементов корпуса у себя в городе, но мне ее предварительно оценили (я озвучил примерные размеры деталей по телефону) в 15 условных единиц!!! Точнее даже от 15 у.е. и выше!! И это при общей стоимости набора у китайцев в 10 USD.

Кстати, к набору прилагалась бумажная оригинальная схема этого блока питания:

Полученный набор я спаял и собрал в корпус буквально за час. Тестовые испытания принесли еще одно разочарование. Помимо поврежденного корпуса (который я пока склеил дихлорэтаном), сам блок питания — оказался, так скажем,«не совсем мощным». При попытке выжать из него хотя бы 0.2 Ампера на 12 вольтах, выходное напряжение очень здОрово начинало «просаживаться». Признаться, нечто подобное я и ожидал. Следует отметить наличие в конструкторе интересных «свистопердпыхтелок»: генератор прямоугольных импульсов (с регулировкой частоты), логический пробник и некое подобие «прозвонки». Вроде как неплохая «фигулина» для всяких отладок, если бы чуть помощнее сам блок питания, хотя бы 0.5 ампера.

А чего нам терять? Попробуем модернизировать эту коробочку.

Итак, я решил подвергнуть доработке два важных компонента: трансформатор и стабилизатор. Вначале были попытки подобрать более мощный трансформатор, но идея потерпела фиаско: или мощность оказывалась примерно такой же как и в штатном, или размер никак не подходил по габаритам корпуса.
А вообще, зачем мне трансформатор? Почему бы его не заменить на малогабаритный импульсный блок питания? Полазив в своих закромах, я нашел какой-то блок питания (даже не знаю от чего, может от какого-то роутера…) на котором гордо красовалась надпись 12 вольт, 1.3 Ампера, 15 Ватт. Очень неплохо и похоже на честную маркировку (12В *1.3А= 15.6 Ватт). Расколов пластиковый корпус, я извлек плату (с удовлетворением хочу отметить весьма неплохую схему с ШИМ-контроллером и вполне сносное качество пайки) и примерился к корпусу блока питания.

Все очень даже влазит. Буквально чуть-чуть пришлось поработать напильником. Жаль, что максимально выдаваемое напряжение моей платы — 12 вольт. Ладно, попробуем исправить. Посмотрев пару роликов на ютубе, пришел к выводу, что моя плата — классическая схема импульсного БП, с регулировкой частоты ШИМ с помощью управляемого стабилитрона TL431.

Напомню, что проделанные мной «манипуляции» относятся ИМЕННО к имеющемуся у меня блоку питания!!! Будьте внимательны!!!

В моем варианте платы, TL431 — это внешне похожий на транзистор, трехногий элемент, расположенный возле трансформатора справа внизу. Что же это за «зверек»? Микросхема TL431 — это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания. Типовая схема включения:

Чтобы удостовериться, что я все правильно понял, проверим расчеты. На «свежедобытой» плате (для 12 вольт) были установлены следующие номиналы резисторов в делителе: R1=4702 (высокоточный 47кОм) и R2=1212 (высокоточный 1.21 кОм).

Считаем: (1+(47000/12100))*2.5=12.2 Вольта. Очень правдоподобно. Я же хочу на выходе получать порядка 16 вольт (бОльшее напряжение, лично мне, не разу не понадобилось). Обратным счетом получается, что мне для этого нужно установить такие номиналы: R1=56 кОм и R2=10 кОм. (я воспользовался вот этим он-лайн калькулятором).

И еще ОЧЕНЬ важно! Думаю, что значительное изменение выходного напряжения (скажем, с 12 вольт на 3.3, или на 25 вольт) — ничего хорошего не сулит. И еще важный момент: установленные на выходе электролиты были расчитаны на рабочее напряжение в 16 Вольт и я заменил их на аналогичные по емкости, но с бОльшим рабочим напряжением (25 Вольт). Тоже учитывайте этот момент.

Итак, запаиваю новые резисторы и конденсаторы — Вау… На выходе получаю напряжение около 16 вольт. Все так, как задумано! А что же с мощностью? Думаю, что мощность осталась та же 🙁 Чудес не бывает. Т.е., примерно 15 Ватт (плюс-минус лапоть). А это значит, что при таком напряжении, выдаваемый ток получится не более чем: (15Ватт/16вольт) = 0.9 Ампера. Проверка на светодиодной ленте показала стабильную работу переделанного блока с выходным током 0.8 Ампера. Для большинства моих поделок и испытаний — «ВЫШЕ КРЫШИ».

Но, как говорят французы: аппетит приходит во время еды. А на кой мне ВООБЩЕ линейный стабилизатор (LM317)? Нет, это конечно очень классная штука, но у него достаточно низкий КПД и излишек энергии он «тупо» рассеивает в виде тепла. При понижении напряжения с 16 вольт до 5, входные 16 вольт распределяются между стабилизатором и нагрузкой в отношении «11 вольт на стабилизаторе + 5 вольт на нагрузке». При токе в 0.2А на нагрузке выделяется 1 ватт, а на LM317 — целых 2.2 ватта. Получается что «лишние» 11 вольт просто гасятся на стабилизаторе, превращаясь в тепло. Во-первых, из-за этого возникают проблемы с охлаждением, а во-вторых на это уходит много энергии из источника питания. Конечно, при использовании штатного «мили-пили» трансформатора нагрев стабилизатора не большая проблема, так как ток незначительный. А вот после замены трансформатора на более мощный источник — это становится весьма критично. Короче говоря, воспользуемся современными технологиями.

Итак, вторым шагом поменяем LM317 на DC-DC преобразователь на базе LM2596.

Характеристики микросхемы:
— Входное напряжение — от 2.4 до 40 вольт
— Выходное напряжение — фиксированное либо регулируемое (от 1.2 до 37 вольт)
— Выходной ток — до 3 ампер (при хорошем охлаждении — до 4.5А)
— Частота преобразования — 150кГц
— КПД — 70-75% на низких напряжениях, до 95% на высоких

Указанная микросхема существует как в варианте на фиксированные напряжения, так и на регулируемое с помощью внешних резисторов. Обращаю ваше внимание, что я использовал в данном проекте именно регулируемую версию микросхемы, с маркировкой ADJ. У меня уже был достаточно большой опыт с этим вариантом преобразователя. (Кстати, раньше я использовал преобразователь LM2576 — практически полный аналог LM2596, но с другой рабочей частотой.)

Итак, новая схема (с сохранением функционала всяких «полезных фич») теперь стала такой:

Как вы могли заметить, «обвязка» LM2596 не намного сложнее, чем для LM317. Изменения в схеме коснулись только силовой части. А так же синий светодиод на выходе после стабилизатора (в исходном варианте схемы) — мне показался избыточным (ведь работоспособность можно оценить по индикатору напряжения). Дополнительно (на всякий пожарный случай) после стабилизатора установлены дроссель L2 и конденсатор C5 — Ripple filter (что-то типа, подавителя помех) и предохранитель на 1.5А (выпаял со старой материнской платы). Итак, теперь немного модернизируем плату нашего блока питания под этот вариант схемы. Важно соблюсти не только размер платы, но и положение некоторых элементов: посадочные и регулировочные отверстия, положение клемников, место установки переменного резистора.
Итак, как же это я сделал? Я отсканировал еще не распаянную плату на сканере. Сохранил полученную картинку в формате BMP.

Теперь в SprintLayout-е открываем [ОПЦИИ] -> [ШАБЛОН] -> [ЗАГРУЗИТЬ] и выбираем сохраненный ранее скан.

Теперь важно подобрать РАЗРЕШЕНИЕ и сдвиг по осям. Я расположил на картинке (чтобы можно было как-то ориентироваться) корпус микросхемы DIP14 и менял параметры шаблона, пока не получил идеальное соответствие картинки-шаблона реальным размерам радиодетали.

Все. Расположив ключевые элементы в нужных местах, мне осталось только развести дорожки под новую схему.Вот как в итоге получилось:

Обратите внимание, на подключение сегментного индикатора напряжения. Он запитывается ДО стабилизатора, а замеряет — ПОСЛЕ. Делается это для того, чтобы при установке минимального выходного напряжения он продолжал бы работать. Ну, что? Поехали по традиционной дорожке: ЛУТим-Сверлим-Травим-Паяем….

Лицевая сторона:

И вот у нас в руках готовая альтернативная плата. Размещаем в корпус. Как ни странно, но все подошло идеально. Как говорят, найди 10 отличий 🙂

Вот такая мигающая и светящаяся коробочка теперь живет на моем столе и весьма неплохо справляется с возложенными на нее задачами.
Надеюсь, найдутся люди, которые захотят повторить мою модернизацию. Все нужные для этого материалы забираем тут.


Добавить комментарий

Arduino

Что такое Arduino?
Зачем мне Arduino?
Начало работы с Arduino
Для начинающих ардуинщиков
Радиодетали (точка входа для начинающих ардуинщиков)
Первые шаги с Arduino

Разделы

  1. Преимуществ нет, за исключением читабельности: тип bool обычно имеет размер 1 байт, как и uint8_t. Думаю, компилятор в обоих случаях…

  2. Добрый день! Я недавно начал изучать программирование под STM32 и ваши уроки просто бесценны! Хотел узнать зачем использовать переменную типа…

3D-печать AI Android Arduino Bluetooth CraftDuino DIY IDE iRobot Kinect LEGO OpenCV Open Source Python Raspberry Pi RoboCraft ROS swarm ИК автоматизация андроид балансировать бионика версия видео военный датчик дрон интерфейс камера кибервесна конкурс манипулятор машинное обучение наше нейронная сеть подводный пылесос работа распознавание робот робототехника светодиод сервомашинка собака управление ходить шаг за шагом шаговый двигатель шилд

OpenCV
Робототехника
Будущее за бионическими роботами?
Нейронная сеть - введение