Лабораторный блок питания что это
ПРИМЕНЕНИЕ И УСТРОЙСТВО БЛОКОВ ПИТАНИЯ
В общем случае любой блок питания (БП) это прибор, который при подключении к электрической сети формирует необходимые для дальнейшего использования напряжение и ток.
Чаще всего такие устройства преобразуют переменный ток электрической сети общего пользования (
220В, частота 50 Гц.) в постоянный.
В таких блоках питания номинальные значения выходных параметров (напряжение, ток) обеспечиваются только при нормальных значениях входных электрических параметров и тока, потребляемого нагрузкой. Используются они для работы с устройствами, оснащенными собственными стабилизаторами.
В импульсных блоках питания переменное напряжение выпрямляется, а затем преобразуется в высокочастотные импульсы прямоугольной формы и заданной скважности.
Стабилизация в них обеспечивается применением отрицательной обратной связи, которая может быть организована как с помощью гальванической развязки от питающей цепи (трансформатор), так и путем подачи импульсов на фильтр низкой частоты.
В зависимости от колебаний сигнала обратной связи регулируется скважность выходных импульсов и таким образом поддерживается стабильность выходного напряжения.
Оба вида блоков в широком ассортименте представлены на отечественном рынке радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). При этом большой популярностью пользуются универсальные БП, которыми оснащаются рабочие места работников предприятий, специализирующихся на производстве или ремонте РЭА. Имеются они и у каждого радиолюбителя.
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ
Универсальный БП — это надежный источник электропитания, обладающий стабильными выходными параметрами и имеющий двойной запас по мощности. На его передней панели в общем случае должны размещаться:
1. Стрелочные и цифровые измерительные приборы (вольтметр, амперметр). При этом: стрелочный даст возможность оценить динамические изменения контролируемых параметров; цифровой позволит с высокой точностью контролировать выходные характеристики БП.
2. Органы управления, с помощью которых регулируют выходные параметры в режимах «грубо» и «точно», индикатор режима работы, тумблер или клавишный выключатель питающей электросети.
Теоретически возможно, но практически нецелесообразно разработать и изготовить универсальный блок питания, который подойдет, как говорят, «на все случаи жизни». Такое устройство будет иметь огромные размеры и вес, а его стоимость превысит все допустимые пределы.
Поэтому современные универсальные источники вторичного напряжения классифицируются по мощности, по номинальному значению выходного напряжения и по количеству выходов питающего напряжения. Исходя из этих градаций и осуществляют выбор необходимого прибора.
Блок питания с регулировкой.
Одним из самых простых универсальных источников электропитания является регулируемый. Например, для начинающих радиолюбителей таким устройством может быть блок питания с током нагрузки в несколько ампер и позволяющий регулировать выходное напряжение в пределах от 1 до 36 В.
К нему можно подключить не только радиотехническое устройство или электродвигатель, но и автомобильный аккумулятор для зарядки.
В основе электрической схемы такого блока питания лежит мощный силовой трансформатор, а на выходе устанавливается мощный транзистор, установленный на теплоотводящий радиатор. Управляет транзистором специальная микросхема. Имеющиеся низкочастотные пульсации и высокочастотные шумы сглаживаются электролитическими конденсаторами большой емкости.
ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
Лабораторный блок питания ни что иное как высококачественный универсальный источник питания с нормированными и термостабильными характеристиками. Эти устройства имеются на любом предприятии, которое занимается разработкой, изготовлением или ремонтом и/или ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.
Используют их во время проверки и/или калибровки различных приборов. Кроме того они необходимы в тех случаях, когда нужно с высокой точностью подать питающее напряжение и ток на радиотехническое устройство.
Как правило, лабораторные блоки питания оснащаются всевозможными устройствами защиты (перегрузка, защита от короткого замыкания и пр.) и органами регулировки выходных параметров (напряжение и ток).
Серийно выпускаемые лабораторные источники питания могут быть как линейными, так и импульсными.
Линейные лабораторные БП строятся на базе больших низкочастотных трансформаторов, которые понижают сетевое напряжение
220 В частотой 50 Гц до определенного значения. Частота переменного тока при этом остается без изменений. Затем синусоидальное напряжение выпрямляется, сглаживается емкостными фильтрами и доводится до заданного значения линейным полупроводниковым стабилизатором.
В основу работы импульсных лабораторных блоков питания положен принцип заряда сглаживающих конденсаторов импульсным током. Он образуется в момент подключения/отключения индуктивного элемента. Переключение происходит под действием специально оптимизированных транзисторов, а выходное напряжение регулируется путем изменения глубины широтно импульсной модуляции (ШИМ).
За счет этого габаритные размеры корпуса невелики. Кроме того, за счет более высокого КПД значительно уменьшается выделение тепла и улучшается температурный режим работы источника питания.
Стандартные исполнения могут быть как трансформаторными, так и импульсными. Предназначены они для работы с напряжениями в диапазоне от 15 до 150 В. При этом максимальный ток ограничивается величиной порядка 25 А. Как правило, они имеют от одного до трех каналов, из которых два являются регулируемыми.
© 2012-2021 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Лабораторные блоки питания (ЛБП) отличаются от «обычных» тем, что позволяют менять и контролировать свои параметры (напряжение и ток), подстраивая их под требования питаемого устройства.
К лабораторным блокам питания также часто применяются повышенные требования по «чистоте» выходного напряжения, но единых требований в этом отношении нет — всё зависит от области применения.
Лабораторные блоки питания существуют с незапамятных времён; и кое-где даже до сих пор используются древнесоветские изделия (а собственно, почему бы и нет, если они находятся в работоспособном состоянии?!). Пример, как они выглядели (один из вариантов) — здесь.
Лабораторные блоки питания могут быть импульсными и линейными, а также иметь аналоговую или цифровую регулировку параметров.
Кроме лабораторных блоков питания, существуют и более простые регулируемые блоки питания. Они позволяют только установить напряжение на выходе, а контроля и регулировки выходного тока не имеют. Они не будут рассматриваться в этой статье, хотя в каких-то случаях и могут заменить ЛБП.
Подборку начнём с простого, но мощного импульсного лабораторного блока питания LW-K3010D (обзор).
По обычаям маркировки современных ЛБП, их максимальные выходные напряжение и ток указываются прямо в наименовании (как правило). Например, для данного блока это — 30 Вольт и 10 Ампер.
Но данный ЛБП всё-таки будет исключением: на самом деле он может отдать более высокое напряжение — до 32 Вольт («бонус» в 2 Вольта от производителя). По току он просто соответствует заявленным характеристикам без запаса.
Этот блок имеет чисто аналоговую настройку выходных параметров.
При этом напряжение устанавливается довольно точно (до 0.1 В) с помощью многооборотного переменника; а величина выходного тока стабилизации — наоборот, устанавливается довольно грубо с помощью «обычного» переменника.
К положительным качествам этого блока можно отнести не только высокую отдаваемую мощность, но и вертикальную конструкцию, занимающую мало места на столе.
Приобрести его можно на Алиэкспресс: Вариант 1 и Вариант 2.
Далее рассмотрим семейство импульсных лабораторных блоков питания от того же производителя (Longwei), но более продвинутых и дорогих: от PS-302DF (30 В, 2 А) и до PS-1003DF (100 В, 3 А); всего — целых 10 (!) вариантов комбинаций напряжения и тока:
Это семейство блоков питания имеет всё ещё чисто аналоговое управление, но уже улучшенное: имеются регуляторы грубой и точной настройки как по напряжению, так и по току.
Кроме того, улучшена индикация: добавлены показания мощности; и все индикаторы сделаны 4-значными.
И, до кучи, блоки имеют выход USB 5V 2A для зарядки мобильников. 🙂
Существует также серия похожих по параметрам импульсных блоков питания компании Wanptek, но с другим дизайном. Эта серия включает восемь блоков с разными комбинациями токов и напряжений: от NPS306W (30 В, 6 А) и до NPS1203W (120 В, 3 А).
Один из серии этих блоков может отдать напряжение до 120 В; в то время, как у конкурентов максимум обычно составляет 100 В.
Эти блоки питания имеют узкую конструкцию, занимающую мало места на рабочем столе.
Индикация может быть трёх- или четырёхзначной; имеется индикатор мощности, отдаваемой в нагрузку.
Приобрести его можно на Алиэкспресс можно по ссылкам: Вариант 1 или Вариант 2.
Для тех, кто любит «погорячее», можно рекомендовать импульсный лабораторный блок питания Gophert CPS-3232 (32 В, 32 А). Итого, мощность — свыше киловатта!
Этот лабораторный блок питания имеет плоскую конструкцию, в связи с чем удобнее его будет применять на рабочем месте, оборудованном дополнительными уровнями рабочего пространства над столом.
Но, поскольку блок — импульсный, то вес его не слишком большой — около 2.2 кг; несмотря на очень высокую мощность.
Блок имеет цифровое управление, но несколько «заковыристое»: с одним регулятором-энкодером и кнопочками переключения регулируемого параметра (ток или напряжение). Возможности запомнить несколько настроек нет.
Кроме того, по отзывам, его вентилятор может иметь повышенную шумность.
Посмотреть актуальные цены и/или купить блоки питания этого мощного семейства на Алиэкспресс можно здесь. По этой же ссылке можно найти другие блоки с параметрами от 16 В / 60 А до 36 В / 30 А.
Следующий лабораторный блок питания — KORAD KA3005D (30 В, 5 А).
Он не отличается высокой мощностью, зато отличается продвинутым цифровым управлением: он может запоминать несколько настроек. Кроме того, напряжение и ток могут устанавливаться с высокой точностью; что обеспечивается 4-значными индикаторами.
Посмотреть актуальную цену и/или купить на Алиэкспресс можно здесь.
И, наконец, самый необычный из рассматриваемых сегодня лабораторных блоков питания — 3-канальный линейный лабораторный блок питания KORAD KA3305P.
Как и положено линейным блокам питания, он содержит много металла в виде трансформаторов и радиаторов, и потому — очень тяжелый. Его вес — 9.4 кг.
Один из его каналов — фиксированный и отдаёт напряжение 5 В при токе до 3 Ампер. Остальные два канала — регулируемые в пределах 0-30 В с током 0-5 А. Регулируемые каналы могут работать как «сами по себе», так и включены в параллельный или последовательный режим (инструкция — на сайте продавца, ссылка — далее).
Кроме того, этот блок питания имеет возможность запоминания нескольких настроек и интерфейс USB для связи с компьютером.
Посмотреть актуальную цену и/или купить на Алиэкспресс можно здесь.
Только что приведённая небольшая подборка не может охватить всё многообразие моделей лабораторных блоков питания, но показывает основные их классы.
Лабораторные блоки питания могут отличаться не только по мощности, но и по способу управления (цифровое или аналоговое), наличию памяти режимов, индицируемым параметрам, количеству каналов, и, наконец, по способу формирования выходного напряжения — импульсные или линейные блоки питания.
Линейные блоки питания — самые дорогие и тяжелые, поэтому их применение должно быть технически оправдано. Обычно они применяются в тех сферах, где предъявляются повышенные требования к уровню высокочастотных пульсаций и помех.
Во всех остальных случаях можно применять импульсные блоки питания, цена на которые — достаточно гуманная.
Лабораторный блок питания: импульсный или линейный какой выбрать? Устройство, схемы и их сравнение.
Лабораторный блок питания представляет собой востребованное среди профессионалов оборудование, которое активно используется инженерами, занимающимися разработкой и ремонтом различных электронных устройств. В настоящий момент существует огромное количество лабораторных источников питания. Число самых разных вариаций столь велико, что новичку будет непросто сориентироваться в таком многообразии оборудование. Чтобы выбрать оптимальный источник питания для определенных целей, рекомендуется разобраться в особенностях различных типов блоков, а уже после принимать решение о покупке.
Классификация лабораторных источников питания
Лабораторные источники питания можно классифицировать по самым разным параметрам. Наиболее популярный метод классификации – по принципу действия, в соответствии с которым все источники питания можно разделить на импульсные и линейные. Последние также называют трансформаторными.
Каждый из типов блоков имеет свои преимущества. Так, к примеру, импульсный блок питания характеризуется высоким коэффициентом полезного действия и значительно большей мощностью по сравнению с трансформаторными агрегатами. В тоже время линейный источник питания обладает такими достоинствами как простота и надежность конструкции, а также низкая стоимость ремонта и ценовая доступность запчастей.
Линейный блок питания
Традиционным блоком питания является линейный блок. Его конструкция состоит из автотрансформатора и понижающего трансформатора. Также имеется выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное. Преимущественное большинство моделей укомплектовано выпрямителем, состоящим из одного или четырёх диодов, составляющих так называемые диодный мост. При этом есть и другие конструкционные схемы, но они используются гораздо реже. В некоторых моделях после выпрямителя может быть инсталлирован специальный фильтр, который стабилизирует колебания в сети. Как правило, эту функцию выполняет высокоемкостный конденсатор. В некоторых моделях предусмотрены фильтры высокочастотных помех, стабилизаторы тока и напряжения и многое другое. Простейший линейный блок питания, возможно, сделать своими руками, при этом, основным и самым дорогим компонентом является понижающий трансформатор – Т1.
Схема линейного блока питания
Импульсный блок питания
В наши дни преимущественное большинство используемых блоков питания – это агрегаты импульсного типа. Эти блоки представляют собой фактически инверторную систему. Принцип их работы прост – происходит предварительное выпрямление входного напряжения, после чего оно преобразуется в импульсы с увеличенной частотой и необходимыми параметрами скважности. В импульсных блоках питания используются небольшие трансформаторы, которых более чем достаточно, поскольку увеличение частоты повышает эффективность трансформатора, а значит нет необходимости в больших габаритах. Нередко сердечник трансформатора изготавливается из ферромагнитных материалов, что, помимо всего прочего, существенно облегчает конструкцию.
Схема простого импульсного блока питания
Наиболее востребованным среди профессионалов импульсным агрегатом, который пользуется спросом и среди любителей, и среди профессионалов, считается импульсный блок питания MAISHENG MS305D – эталон компактности и удобства. Этот лабораторный источник импульсного типа идеально подходит для стабильной работы самых разных электронных схем и устройств. Конструкцией предусмотрена возможность настраивать параметры переменного тока в диапазоне от 0 до 5 А и напряжения от 0 до 30 В, защита от кз, перегрева и перегрузки по току. Данная модель укомплектована плавными регуляторами, которые облегчают точный подбор напряжения и тока. Прибор оснащен удобным цифровым дисплеем, на котором в реальном времени отображаются параметры напряжения и переменного тока.
Что же выбрать? Преимущества и недостатки линейных и импульсных блоков питания.
К достоинствам импульсных агрегатов нужно отнести:
• Высокий коэффициент стабилизации;
• Высокий коэффициент полезного действия;
• Более широкий диапазон входных напряжений;
• Более высокая мощность по сравнению с линейными устройствами.
• Отсутствие чувствительности к качеству электропитания и частоте входного напряжения;
• Небольшие габариты и достойная транспортабельность;
• Доступная цена.
К явным недостаткам импульсных источников питания стоит отнести:
• Наличие импульсных помех;
• Сложность схем, что негативно сказывается на надежности;
• Ремонт далеко не всегда удается произвести своими руками.
Трансформаторные блоки питания также имеют ряд плюсов, среди которых:
• Простота и надежность конструкции;
• Высокая ремонтопригодность и дешевизна запчастей;
• Отсутствие радиопомех;
Как вы понимаете, у трансформаторных блоков питания есть и недостатки, среди которых:
• Большой вес и габариты, что часто делает транспортировку очень неудобной;
• Обратная зависимость между КПД и стабильностью выходного напряжения;
• Металлоемкость конструкции.
Лабораторные блоки питания на сегодняшний день представлены огромным ассортиментом агрегатов. Спросом пользуются и импульсные, и трансформаторные блоки. Удачный выбор оборудования напрямую зависит от того, какие цели вы преследуете, приобретая блок питания. Если вы хотите всегда иметь под рукой надежный агрегат с отсутствием радиопомех, который редко ломается и легко поддается ремонту, тогда стоит обратить внимание на трансформаторные блоки питания. Если же для вас важна мощность и коэффициент полезного действия, тогда вам стоит подробнее изучить импульсные устройства.
Наиболее мощные лабораторный блоки питания представлены импульсными моделями:
Лабораторный блок питания
Для любителей электроники и различных самоделок необходимым атрибутом в их деятельности является лабораторный блок питания. Искать его в готовом виде в специализированных магазинах дело не всегда благодарное. В этом случае собрать простой аналог своими руками можно даже в домашних условиях с минимальным набором комплектующих.
Что нужно знать
Оптимальными являются параметры, при которых имеется возможность регулировать напряжение в пределах 0-30 В. В цепи будет установлен электронный ограничитель по силе тока. Он будет с высокой степенью эффективности осуществлять регулировку параметров в пределах от 0,002 А до 3 А максимум. Это позволяет получить комфортный и универсальный прибор с возможностью регулировки мощности.
Ампераж успешно ограничивается, обеспечивая рабочие параметры. За счет этого приборы-потребители, подключенные к самодельному прибору element 305d или из atx, будут в безопасности и не сгорят из-за перепадов значений.
Для визуализации восприятия о том, что имеется погашаемое превышение, используется сигнальный светодиод.
Более подробно расположение всех составляющих демонстрирует потенциальная схема:
Схема расположения составляющих цепи
Она обладает такими рабочими параметрами:
К преимуществам можно отнести такие характеристики:
Для таких целей подойдет переделка компьютерного блока питания. Он уже содержит немалое количество разных составляющих, но без китайских модулей.
ВИДЕО: Лабораторный блок питания из компьютерного АТХ
Как все работает
Перед тем, как сделать ЛБП самому, необходимо определиться с принципом работы аппарата и используемыми деталями. В комплект входит трансформатор. На вторичной обмотке он имеет выход в 3 А и 24 В. Для контактов используются клемма 1 и 2. Важно учесть, что именно он оказывает влияние на качество выходного сигнала.
Лабораторный БП на Ардуино
Собираемый прибор с предрегулятором имеет диодный мост, выпрямляющий напряжение. Он собран из элементов от D1 до D4. Избавиться от возможных пульсаций помогает установленный фильтр. Он включает в себя конденсатор и резистор. В цепи присутствуют определенные особенности, отличающие сборку его из компьютерного железа.
Обычно применяют для управления выходным напряжением обратную связь. В предлагаемой схеме для данной цели к блоку питания в лабораторной схеме предлагается использовать операционный усилитель. Это позволит сформировать необходимый константный вольтаж. На выходных клеммах он будет наддать до уровня U1.
Регулируемый блок питания лабораторный на lm317 (схема)
В цепи участвует диод D8 с напряжением 5,6 В (зенеровский). Он эксплуатируется с нулевым температурным коэффициентом. Также напряжение падает на выходе U1, выключая D8. После такого события происходит стабилизация цепи, а заряженный поток идет к точке сопротивления R5. Протекающий поток по оперусилителю варьируется незначительно, соответственно он тоже пойдет по точке R6, а также R5. При том, что один и другой рассчитаны для одинакового напряжения, то общий их показатель будет удвоен, ведь это сопоставимо с параллельным соединением.
В результате получим в блоке питания с предрегулятором на выходе из усилителя напряжение в 11,2 В. Схема будет иметь значение усиления в трехкратных пределах.
Корректировать выходные параметры в вольтах помогают элемент сопротивления R10 и RV1. Второй является триммером. В такой ситуации удается снизить вольтаж практически до нуля, несмотря на количество имеющихся потребителей.
С помощью такого агрегата удается сформировать наибольший ток на выходе, получаемый из PSU. Для обеспечения такого явления создаем падение вольт на R7. Он имеет прямую связь с нагрузкой. Выход U3 инвертирует сигнал с нулевым вольтажом, отправляя его на R21.
При константном сигнале IC пользователь сможет задать вариативный параметр, используя Р2.
Схематическое изображение функционала
Предположим, что для последнего выхода имеется несколько вольт. Именно Р2 помогает своей установкой в схеме обеспечить на выходе сигнал в 1 В. При повышении нагрузки получим константное напряжение. После этого установленный R7 будет оказывать не такое существенное влияние на процессы. Этому способствует пониженное его значение. Когда потребители и вольтаж стабильны, то система работает слаженно. Если повышать количество потребителей, то вольтаж на R7 повысится более чем одного вольта. U3 функционирует и сбалансирует имеющиеся показатели к исходным значениям.
Процесс сборки
Лабораторный блок питания на примере электроцепей с печатными платами является весьма популярным. В них платы изготовлены из тончайших изоматериалов. Одна из сторон покрыта медным напылением. Она сформирована так, чтобы компоненты можно было соединять проводниками по имеющимся схемам.
Блок питания на LM2576-ADJ своими руками
Защитить плату от окисления и разрушения помогает слой специального лака, нанесенный непосредственно на рабочую сторону.
Сборка всех деталей осуществляется при помощи пайки. От ее качества зависит работоспособность и функционирование всего блока питания. Для обеспечения качественного процесса необходимо соблюдать определенные правила:
Не стоит применять для очищения наконечника такие грубые материалы как наждачная бумага или грубый напильник. Если имеется сильное загрязнение, то кончик нужно заменить. В процессе используется высококачественный флюс. Он поможет обеспечить надежное соединение контактов с платой. При работе с припоем флюс можно не использовать, так как его избыток приводит к частым сбоям в подобных цепях.
Когда без флюса нет возможности обойтись, например, лужение контактов, то нужно очищать поверхность после прекращения работы.
Чтобы правильно спаять двухполярный лабораторный блок питания своими руками, необходимо соблюдать правила:
Двухполярный блок питания лабораторный Арктика 400 схема
В итоге покрытие должно остаться чистым с металлическим блеском.
ВИДЕО: Самодельный лабораторный блок питания 20V/5A