Aplicarea și proiectarea surselor de alimentare. Alimentare de laborator: comutată sau liniară, pe care să o alegeți? Dispozitiv, circuite și compararea lor Alimentare de laborator VUP 2 circuit

!
Dacă sunteți în căutarea unui circuit liniar de alimentare simplu și fiabil, atunci acest articol este doar pentru dvs. Aici veți găsi instrucțiuni complete pentru asamblarea și configurarea acestei surse de alimentare. Autorul acestui produs de casă este Roman (canal YouTube „Open Frime TV”).

Și acum, la câteva săptămâni după comandă, primim plăcile noastre mult așteptate. După ce am deschis coletul și am aruncat o privire mai atentă la scânduri, ne putem asigura că totul s-a dovedit a fi de foarte bună calitate și frumos.

Acum să trecem la o examinare detaliată a circuitului și a plăcii în sine. Puteți vedea diagrama pe ecranele dvs.

Apoi începem să rotim încet rezistorul variabil.

Scurta introducere

Piața sursei de alimentare pentru laborator oferă multe serii de la diverși producători. Unele modele atrag cu un preț mic, altele cu un panou frontal impresionant, iar altele cu o varietate de funcții. Prin urmare, alegerea corectă a unui astfel de dispozitiv comun devine o sarcină dificilă. În același timp, o comparație atentă a caracteristicilor și capacităților modelelor de la diferiți producători ar putea să nu răspundă la întrebarea principală: Ce sursă de alimentare de laborator ar trebui să aleg pentru sarcinile mele?

În acest articol, bazându-ne pe experiența noastră de lucru, vom vorbi despre criterii simple de alegere a sursei optime de alimentare pentru laborator, varietățile, diferențele și avantajele acestora. După aceasta, ne vom uita la câteva sarcini tipice și vom oferi modele de alimentare pentru fiecare dintre ele, alegând pe care poți lucra eficient și economisi bani, timp și nervi.

Tipuri de surse de alimentare de laborator

Mai întâi, să ne uităm la numele existente. Care este diferența dintre o sursă de alimentare de laborator și o sursă de alimentare simplă? Sau care este diferența dintre o sursă de alimentare și o sursă de alimentare? Iată definiții simple:

1. Alimentare pentru laborator numit dispozitiv care este conceput pentru a genera tensiune sau curent reglabil prin unul sau mai multe canale. Sursa de alimentare pentru laborator conține un afișaj, comenzi, protecție împotriva utilizării greșite și funcții suplimentare utile. Tot materialul de pe această pagină este dedicat unor astfel de dispozitive.
2. Alimentare pentru laborator- Este la fel ca o sursă de alimentare de laborator.
3. Simplu alimentare electrică numit dispozitiv electronic care este proiectat să genereze o tensiune predeterminată prin unul sau mai multe canale. Sursa de alimentare, de regulă, nu are un afișaj sau butoane de control. Un exemplu tipic este o sursă de alimentare pentru computer de câteva sute de wați.
4. Surse de alimentare Există două tipuri: surse de alimentare primare și surse de alimentare secundare. Sursele primare de energie transformă energia neelectrică în energie electrică. Exemple de surse primare: baterie electrică, baterie solară, generator eolian și altele. Sursele secundare de energie convertesc un tip de energie electrică în altul pentru a furniza parametrii necesari de tensiune, curent, frecvență, ondulație etc. Exemple de surse de alimentare secundare: transformator, convertor AC/DC (de exemplu, sursa de alimentare pentru computer), convertor DC/DC, stabilizator de tensiune etc. Apropo, o sursă de alimentare de laborator este unul dintre tipurile de alimentare secundară.

Acum vom discuta în detaliu tipurile și caracteristicile principale ale surselor de alimentare de laborator:
1. Conform principiului de funcționare: liniar sau puls.
2. Gama de tensiune și curent: fix sau cu limitare automată a puterii.
3. Numărul de canale: monocanal sau multicanal.
4. Izolarea canalului: cu canale izolate galvanic sau cu neizolate.
5. Prin putere: putere standard sau mare.
6. Disponibilitatea protecției: de la supratensiune, supracurent, supraîncălzire și altele.
7. Forma de undă de ieșire: tensiune și curent constant sau tensiune și curent alternativ.
8. Opțiuni de control: control manual numai sau control manual plus software.
9. Funcții suplimentare: compensarea căderii de tensiune în firele de conectare, multimetru de precizie încorporat, modificarea ieșirii în funcție de o listă de valori specificate, activarea ieșirii prin temporizator, simularea unei baterii cu o anumită rezistență internă, sarcină electronică încorporată și altele.
10. Fiabilitate: calitatea bazei elementului, design atent, rigurozitatea controlului final.

Să ne uităm la fiecare dintre aceste caracteristici mai detaliat, deoarece toate sunt importante pentru alegerea corectă și informată a unei surse de alimentare de laborator.

Principiul de funcționare: liniar și puls

Alimentare liniară(numită și sursă de alimentare cu transformator) este construită pe baza unui transformator mare de joasă frecvență, care reduce tensiunea de intrare de 220 V, 50 Hz la câteva zeci de volți cu o frecvență de 50 Hz. După aceasta, tensiunea sinusoidală redusă este rectificată folosind o punte de diode, netezită de un grup de condensatori și coborâtă de un stabilizator de tranzistor liniar la un nivel specificat. Avantajul acestui principiu de funcționare este absența elementelor de comutare de înaltă frecvență. Tensiunea de ieșire a sursei de alimentare liniară este precisă, stabilă și fără ondulații de înaltă frecvență. Această fotografie arată structura internă a sursei de alimentare liniară de laborator ITECH IT6833, care este marcată cu numere: transformatorul principal (1) și condensatorii de netezire (2).

Elemente de bază ale sursei de alimentare liniară de laborator IT6833 cu max. putere 216 W.

2 - grup de condensatoare de netezire.

Cu toate acestea, o sursă de alimentare liniară are multe dezavantaje. Principala este pierderile mari de energie la stabilizatorul tranzistorului, care transformă toată tensiunea în exces furnizată de circuitul de redresare în căldură. De exemplu, dacă tensiunea de ieșire a sursei de alimentare este setată la 5 V, iar tensiunea redresată a înfășurării secundare este de 25 V, atunci stabilizatorul tranzistorului va disipa de 4 ori mai multă putere decât va fi furnizată sarcinii. Adică, o sursă de alimentare liniară are un coeficient de performanță (eficiență) scăzut, de obicei mai mic de 60%. Ca rezultat al eficienței scăzute, obținem o putere utilă scăzută și o greutate crescută. Pentru a îmbunătăți situația, în dispozitivele reale sunt utilizate mai multe înfășurări secundare ale transformatorului, dar acest lucru încă nu rezolvă complet problema eficienței scăzute.

Prin urmare, sursele de alimentare liniare de laborator produse comercial oferă o putere de încărcare de până la 200 W cu o greutate a dispozitivului de 5 până la 10 kg. Mai sunt două probleme despre care se vorbește rar. Deși sursa de alimentare liniară în sine nu creează interferențe de înaltă frecvență, ea poate pătrunde cu ușurință din sursa de alimentare de 220 V prin cuplarea capacitivă a înfășurărilor primare și secundare ale transformatorului principal. În modelele scumpe, soluțiile de proiectare sunt folosite pentru a combate acest efect, de exemplu, filtrele de ferită, dar interferențele de la sursa de alimentare pot apărea în continuare la ieșirea dispozitivului și această caracteristică trebuie reținută. Dacă aveți nevoie de cea mai curată tensiune de curent continuu posibil, atunci este logic să utilizați un filtru suplimentar de supratensiune de înaltă calitate în fața sursei de alimentare a laboratorului. A doua problemă este degradarea (uscarea) a unui grup de condensatoare de netezire, în special la modelele ieftine. Dacă capacitatea unui grup de condensatoare de netezire este redusă semnificativ, la ieșirea sursei de alimentare vor apărea scăderi de tensiune cu o frecvență de 100 Hz.

Bloc de putere de impuls bazat pe principiul încărcării condensatoarelor de netezire cu impulsuri de curent. Impulsurile de curent sunt generate prin conectarea și deconectarea unui element inductiv, care poate fi o înfășurare a transformatorului sau o componentă inductivă separată. Comutarea se realizează cu ajutorul tranzistoarelor special optimizate în acest scop. Frecvența impulsurilor de curent generate în acest mod variază de obicei de la zeci de kHz la sute de kHz. Ajustarea tensiunii de ieșire se face cel mai adesea prin modificarea adâncimii modulării lățimii impulsului (PWM).

Există multe modalități de implementare a acestui principiu, dar toate oferă două beneficii principale. Primul este randamentul ridicat, de obicei mai mult de 80%, uneori mai mult de 90%. Eficiența ridicată este atinsă datorită faptului că adâncimea PWM poate fi schimbată foarte ușor, ceea ce înseamnă că în condensatorii de netezire poate fi pompată exact atâta energie cât consumă sarcina sursei de alimentare. Al doilea avantaj este dimensiunea sa mică și greutatea redusă. Frecvența înaltă la care funcționează sursa de alimentare în comutație permite utilizarea unor condensatoare de capacitate semnificativ mai mică (în comparație cu o sursă de alimentare liniară de 50 Hz). Elementele rămase sunt, de asemenea, mult mai compacte și mai ușoare, iar eficiența ridicată reduce căldura generată în interiorul sursei de alimentare, ceea ce reduce și dimensiunea structurii.

Această fotografie prezintă structura internă a sursei de alimentare de laborator de comutație ITECH IT6942A, pe care sunt marcate următoarele numere: transformatorul principal (1) și convertorul de impulsuri (2). Vă rugăm să rețineți că corpul acestui dispozitiv are exact aceeași dimensiune ca modelul liniar din fotografia anterioară, iar puterea este de 1,7 ori mai mare.

Elementele principale ale sursei de alimentare de laborator de comutare IT6942A cu max. putere 360 ​​W.
1 - transformator de intrare, care asigură reducerea tensiunii și izolarea de la sursa de alimentare.
2 - convertor de impulsuri care oferă o eficiență ridicată.

Principalul dezavantaj al comutării surselor de alimentare este ondulația de înaltă frecvență a tensiunii de ieșire. Desigur, ele sunt netezite și filtrate, dar încă mai rămâne un anumit nivel de pulsații. Mai mult, cu cât sursa de alimentare este încărcată mai mult, cu atât amplitudinea ondulațiilor este mai mare. În sursele de alimentare comutatoare bune, de înaltă calitate, este posibilă reducerea ondulației la un nivel de 10 - 20 mV. Al doilea dezavantaj, nu atât de evident, este interferența cu frecvența radio și armonicile sale, a căror sursă este impulsurile periodice de curent generate în interiorul sursei de alimentare. O astfel de interferență este destul de dificil de ecranat. Dacă lucrați cu circuite RF, atunci utilizați o sursă de alimentare liniară sau o sursă de alimentare comutată de înaltă calitate situată departe de dispozitivul radio cu care lucrați.

Gama de tensiune și curent

Sursele de alimentare moderne de laborator au două tipuri de intervale de tensiune și curent de ieșire: fixe și cu limitare automată a puterii de ieșire.

Fix gamă găsită în majoritatea surselor de alimentare ieftine de laborator. Astfel de surse de alimentare pot scoate orice combinație de tensiune și curent în limitele valorilor lor maxime. De exemplu, o sursă de alimentare de laborator cu un singur canal de 40 V și 15 A poate suporta o tensiune de sarcină de 40 Volți chiar și cu un consum de curent de 15 Amperi. În acest caz, puterea consumată de sarcină va fi: 40 V * 15 A = 600 W. Totul este simplu și clar, dar cu un astfel de dispozitiv nu veți putea seta tensiunea mai mult de 40 V și curentul mai mult de 15 A.

Limitare automată a puterii de ieșire extinde semnificativ gama sursei de alimentare de laborator în ceea ce privește tensiunea și curentul. De exemplu, modelul ITECH IT6952A cu aceeași putere maximă de 600 W poate genera tensiune de până la 60 V și curent de până la 25 A în orice combinații în care puterea de ieșire este limitată la 600 W. Aceasta înseamnă că puteți furniza sarcina nu numai 40 V la un curent de 15 A, ci și 60 V la un curent de 10 A, 24 V la un curent de 25 A și multe alte combinații. În comparație cu o sursă de alimentare de laborator cu gamă fixă ​​de 600 W, este clar că sursa de alimentare de laborator cu autolimitare este mult mai versatilă și poate înlocui câteva instrumente mai simple. Această figură arată gama de tensiuni și curenți posibile pe care ITECH IT6952A le oferă.

Deoarece dimensiunea, greutatea și prețul unei surse de alimentare de laborator nu depind în principal de tensiune și curent, ci de puterea maximă, este logic să alegeți întotdeauna un model cu limitare automată a puterii de ieșire. Acest lucru va oferi o soluție universală pentru aceiași bani.

Numărul de canale

Sursele de alimentare de laborator sunt disponibile cu unul, două sau trei canale de ieșire. Aici ne vom uita la principalele puncte ale utilizării lor, iar izolarea galvanică a canalelor este discutată în continuare pe această pagină.

Majoritatea surselor de alimentare de laborator au un canal de ieșire, în special pentru dispozitivele de mare putere. Aproape toate modelele cu o putere mai mare de 500 W au un canal. Prin urmare, se pune adesea întrebarea: este posibil să combinați mai multe dispozitive cu un singur canal? Este posibil, dar există câteva particularități. Primul lucru de luat în considerare atunci când conectați mai multe surse de alimentare cu comutație în serie: frecvențele de comutare chiar și ale surselor de alimentare de același tip vor fi ușor diferite. Acest lucru va crea ondulație crescută la ieșire. Există, de asemenea, posibilitatea unor efecte de rezonanță, în care nivelul pulsațiilor va crește periodic brusc.

Al doilea punct este conexiunea „+” și „-” a două dispozitive pentru a forma o tensiune bipolară pentru a alimenta amplificatoare cu tranzistori, ADC-uri și dispozitive similare. Pe lângă creșterea ondulației, va fi dificil să vă asigurați că două tensiuni sunt pornite și oprite simultan și reglarea lor sincronă. Al treilea punct este că o conectare în serie a mai multor surse de tensiune de înaltă tensiune poate depăși pragul de avarie al izolației acestora. Rezultatul: incendiu și alte consecințe periculoase.

Având în vedere cele de mai sus, devine clar că pentru circuitele care asigură mai multe tensiuni de alimentare, este mai bine să folosiți surse de alimentare de laborator cu două sau trei canale, care sunt special concepute pentru acest scop. Și pentru a genera tensiuni înalte, este mai bine să folosiți modele speciale de înaltă tensiune, de exemplu modelul ITECH IT6726V cu tensiuni de până la 1.200 V sau modelul ITECH IT6018C-2250-20 cu tensiuni de până la 2.250 V.

Ca exemplu, această fotografie arată o sursă de alimentare de laborator tipică ITECH IT6412 cu două canale.

O sursă de alimentare de laborator tipică ITECH IT6412 cu două canale.

Izolarea canalului

Izolarea galvanică (numită și izolare electrică) a canalelor sursei de alimentare a laboratorului asigură independența completă a tensiunii și curentului oricăruia dintre canale în raport cu tensiunea și curentul celorlalte canale, precum și rețeaua de alimentare. În interiorul unei astfel de surse de alimentare, pentru fiecare dintre canale, este prevăzută o înfășurare separată a transformatorului. La modelele bune, tensiunea de avarie între canale depășește 200 de volți. În practică, aceasta înseamnă că puteți conecta liber canalele între ele într-un lanț de margarete, precum și să schimbați „+” și „-”.

Dispozitivele electronice care conțin părți digitale și analogice utilizează de obicei două circuite de alimentare separate. Acest lucru se face pentru a reduce pătrunderea zgomotului magistralei de alimentare digitale în partea analogică sensibilă. Prin urmare, la dezvoltarea și configurarea unor astfel de dispozitive, este necesar să se utilizeze o sursă de alimentare de laborator cu canale izolate galvanic. Cea mai universală soluție sunt modelele cu trei canale, de exemplu Keithley 2230 sau ITECH IT6300B. Folosind un astfel de dispozitiv, puteți alimenta partea analogică a circuitului cu putere bipolară (se folosesc primele două canale) și puteți alimenta partea digitală de la al treilea canal.

Un alt tip de dispozitiv care necesită o sursă de alimentare de laborator cu canale izolate pentru a lucra sunt dispozitivele care conțin piese izolate. Izolarea părților unor astfel de dispozitive se realizează de obicei folosind optocuple sau transformatoare speciale. Un exemplu clasic este un electrocardiograf, în care partea sensibilă de măsurare analogică conectată la pacient trebuie să îndeplinească două sarcini: să măsoare cu precizie potențialele electrice generate de mușchiul inimii (și acesta este un nivel de câțiva milivolți) și să protejeze pacientul însuși de electricitate. şoc.

Această fotografie prezintă schema de conectare a modelului Keithley 2230G-30-1 la principalele componente ale cardiografului. Primul canal este folosit pentru a alimenta unitatea de contor foarte sensibilă situată în spatele optocuplerului, al doilea canal este utilizat pentru a alimenta unitatea primară de procesare a semnalului, iar al treilea canal de joasă tensiune și curent ridicat alimentează circuitul principal de procesare a semnalului digital și de afișare. . Datorită faptului că toate cele trei canale ale modelului Keithley 2230G-30-1 sunt complet izolate unul de celălalt, cardiograful alimentat astfel funcționează în modul normal și influența unor unități asupra altora din cauza interferențelor care trec prin circuitele de alimentare. este eliminat.

Un exemplu de utilizare a trei canale izolate Keithley 2230G-30-1 pentru a furniza energie la trei piese independente de echipamente medicale.

Putere

Pe baza puterii utile furnizate sarcinii, toate sursele de alimentare CC de laborator pot fi împărțite în standard (până la 700 W) și putere mare (700 W sau mai mult). Această împărțire nu este întâmplătoare. Modelele standard și de mare putere diferă destul de mult în funcție de funcționalitate și aplicație.

Disponibil în modelele standard de putere tensiunea maximă este de obicei în intervalul de la 15 V la 150 V, iar curentul maxim este de la 1 A la 25 A. Număr de canale: unul, două sau trei. Există atât modele liniare, cât și modele de impuls. Design: carcasă standard pentru instrument pentru amplasare pe o bancă de laborator. Greutate de la 2 la 15 kg. Exemplu tipic: seria Tektronix PWS4000. Practic, capacitățile unor astfel de dispozitive vizează dezvoltarea și repararea echipamentelor electronice, deși domeniul de aplicare al acestora este mult mai larg.

Pe de alta parte, modele de mare putereîntotdeauna monocanal și puls. Modelele de până la 3 kW sunt disponibile în versiuni pentru instrument sau rack-mount (un exemplu tipic: seria ITECH IT6700H), iar modelele cu o putere de 3 kW și mai puternice sunt montate doar într-un rack industrial și se disting prin greutate și dimensiuni semnificative. . De exemplu, greutatea unui model de 18 kW din seria ITECH IT6000C este de 40 kg.

Puterea mare impune cerințe sporite asupra designului: prezența ventilatoarelor de răcire „inteligente”, un set complet de protecții (împotriva supraîncărcării, supraîncălzirii, inversării polarității etc.), capacitatea de a conecta mai multe unități în paralel pentru a crește puterea de ieșire, suport pentru forme speciale de semnale de ieșire (de exemplu, standardele auto DIN40839 și ISO-16750-2).

Pentru această categorie de dispozitive, este obligatoriu să suportați controlul software de la distanță prin una dintre interfețele: Ethernet, IEEE-488.2 (GPIB), USB, RS-232, RS-485 sau CAN, deoarece acestea sunt adesea folosite ca parte a sistemelor automatizate. sisteme. De asemenea, unele serii (de exemplu IT6000C) își pot regla rezistența de ieșire în intervalul de la zero la câțiva ohmi, ceea ce este foarte util atunci când se simulează funcționarea bateriilor și a panourilor solare. În plus, unele modele de mare putere pot conține o sarcină electronică încorporată, care le permite nu numai să genereze curent, ci și să-l consume.

Sursele de energie de laborator de mare putere sunt utilizate în industria auto, energie alternativă, prelucrarea metalelor galvanice și multe alte industrii în care este necesar să se genereze tensiuni de până la 2.250 Volți și curenți de până la 2.040 Amperi.

Pentru specificațiile tuturor surselor de alimentare de laborator, sortate după creșterea puterii maxime, vezi. Și în această fotografie puteți vedea bornele puternice de ieșire ale modelului de șase kilowați IT6533D, care constă din două module de câte 3 kW fiecare, conectate în paralel. Distribuția uniformă a puterii de ieșire între module este asigurată folosind o magistrală de sincronizare separată System BUS (cablu gri în stânga).

Protecție împotriva utilizării greșite

Atunci când alegeți o sursă de alimentare de laborator, în primul rând, acordați atenție prețului și valorii maxime a tensiunii și curentului. Dar prezența protecției de înaltă calitate este, de asemenea, foarte importantă, deoarece vă permite să protejați nu numai sursa de alimentare, ci și echipamentele conectate la aceasta. În această secțiune vom vorbi despre tipurile de protecție care sunt echipate cu surse de alimentare seriale de laborator și vom lua în considerare câteva puncte conexe.

Protecție la supracurent(abreviat ca OCP - Over Current Protection) ar trebui să răspundă instantaneu atunci când curentul de ieșire depășește o valoare specificată, ceea ce se poate întâmpla, de exemplu, atunci când bornele de ieșire ale sursei de alimentare sunt scurtcircuitate. Majoritatea modelelor bune au acest tip de protecție. Dar nu numai prezența protecției în sine este importantă, ci și viteza de răspuns a acesteia. În funcție de implementare, protecția la supracurent poate: deconecta complet ieșirea sursei de alimentare de la sarcină, limita curentul de ieșire la un nivel de prag specificat sau trece la modul de stabilizare a curentului de ieșire (CC - Curent constant), menținând valoarea curentului care a fost înainte de suprasarcină. Acest scurt videoclip arată cum se declanșează protecția sursei de alimentare de laborator de putere redusă ITECH IT6720 atunci când ieșirile sale sunt scurtcircuitate.

Demonstrarea declanșării protecției la supracurent în timpul unui scurtcircuit.

Protectie de supravoltaj(abreviat OVP - Over Voltage Protection) este declanșat atunci când nivelul de tensiune la bornele de ieșire ale sursei de alimentare depășește o valoare specificată. Această situație poate apărea la operarea unei sarcini cu rezistență crescută în modul de stabilizare a curentului. Sau când tensiunea externă intră în contact cu bornele sursei de alimentare a laboratorului. O altă aplicație a acestui tip de protecție este limitarea tensiunii de ieșire a sursei de alimentare la un nivel sigur pentru echipamentul conectat. De exemplu, atunci când alimentați un circuit digital cu o tensiune de 5 volți, este logic să setați 5,5 volți ca prag de protecție în setările sursei de alimentare.

Protecție la supraputere(abreviat ca OPP - Over Power Protection) este disponibil pe toate modelele cu limitare automată a puterii de ieșire. Scopul acestei protecții este de a limita puterea maximă pe care sursa de alimentare de laborator o furnizează sarcinii, astfel încât componentele de alimentare ale sursei de alimentare să funcționeze normal și să nu se supraîncălzească. Dacă, atunci când funcționează în modul de stabilizare a tensiunii de ieșire (CV - Constant Voltage), consumul de curent este depășit, dispozitivul va trece automat în modul de stabilizare a curentului de ieșire (CC - Constant Current) și va începe să reducă tensiunea la sarcină.

protectie la supraincalzire(abreviat ca OTP - Over Temperature Protection) este declanșat atunci când componentele de alimentare ale sursei de alimentare situate în interiorul carcasei devin supraîncălzite. Modelele simple folosesc un senzor de temperatură, care este pur și simplu lipit în placa de control. Monitorizează temperatura medie din interiorul carcasei și nu este capabil să răspundă rapid la încălzirea periculoasă a elementelor de putere. Modelele bune folosesc mai mulți senzori amplasați chiar în punctele de generare maximă de căldură. Această implementare oferă protecție garantată a dispozitivului, chiar și cu supraîncălzirea locală rapidă. De obicei, la modelele bune, protecția împotriva supraîncălzirii funcționează împreună cu ventilatoare de răcire cu viteză variabilă. Cu cât este mai multă căldură generată în interiorul dispozitivului, cu atât viteza ventilatorului este mai mare. Dacă temperatura internă se apropie totuși de critică, se va emite un avertisment (sunet și o inscripție pe ecran), iar dacă este depășită, sursa de alimentare a laboratorului se va opri automat.

De asemenea, în sursele de alimentare de laborator există următoarele tipuri de protecție: împotriva inversării polarității (inversarea), împotriva subtensiunii (UVP - Under Voltage Protection) și împotriva opririi de urgență.

Forma de undă de ieșire

Funcția principală a unei surse de alimentare de laborator în modul de reglare a tensiunii (CV) este de a genera o tensiune constantă dată și de a o menține cu precizie, chiar și cu un curent de sarcină în schimbare. În mod similar, în modul curent constant (CC), sursa de alimentare trebuie să furnizeze un curent constant specificat sarcinii și să-l mențină cu acuratețe chiar și atunci când rezistența de sarcină se modifică.

Dar în condițiile moderne de laborator și de producție este adesea nevoie de schimbarea tensiunii de ieșire conform unei anumite legi. Prin urmare, unele modele de surse de alimentare bune de laborator oferă această capacitate. Acest mod se numește: " Mod de modificare a tensiunii de ieșire conform unei liste de valori specificate". Cu ajutorul acestuia, puteți modifica tensiunea de ieșire în funcție de un program dat, care constă dintr-o secvență de pași. Pentru fiecare pas, nivelul de tensiune și durata acestuia sunt setate. Acest mod vă permite să testați echipamentul prin trimiterea non- semnale ideale pentru acesta, cât mai asemănătoare cu cele care există în realitate: supratensiuni și ondulații ale tensiunii de alimentare, dispariții de tensiune pe termen scurt, creștere și scădere lină etc.

Această fotografie arată una dintre formele de undă de tensiune, care poate fi implementată cu ușurință folosind modul de modificare a tensiunii de ieșire în funcție de o listă de valori specificate (numită și Mod Listă). Fotografia a fost realizată cu un osciloscop conectat la bornele sursei de alimentare IT6500.

Tensiunea la ieșirea unei surse de alimentare de laborator variază în funcție de o lege complexă.
Un exemplu de funcționare a modului de modificare a tensiunii de ieșire conform unei liste de valori specificate (Mod Listă).

Dar nu toate problemele pot fi rezolvate folosind o sursă de alimentare DC de laborator, chiar dacă are un mod listă. Există sarcini în care este necesar să se genereze o tensiune pur sinusoidală, cu un nivel de sute de volți, sau un curent sinusoidal cu un nivel de zeci de amperi. Pentru astfel de sarcini sunt produse surse specializate de tensiune și curent alternativ, cum ar fi seria ITECH IT7300 monofazată sau seria ITECH IT7600 trifazată.

Cu ajutorul unor astfel de dispozitive pot fi implementate multe soluții interesante, în principal în domeniul testării stabilității echipamentelor sub diferite abateri din rețeaua de alimentare de 220 V. Acest scurt videoclip, folosind ca exemplu modelul IT7322, arată formarea a unei tensiuni alternative, a cărei amplitudine și frecvență se modifică în funcție de un program dat. Forma semnalului de ieșire este observată folosind un osciloscop.

Formarea tensiunii alternative cu amplitudine și frecvență variabile.

Opțiuni de control: manual și software

Doar controlul manual este tipic pentru seriile de buget care sunt foarte critice pentru preț, de exemplu, seria economică ITECH IT6700 și Tektronix PWS2000. Dar majoritatea surselor de alimentare de laborator bune, cu prețuri medii și mari, acceptă atât controlul manual, cât și controlul software.

De obicei, controlul programului este utilizat în două cazuri. Prima este utilizarea unui program de calculator gata făcut, care vine cu dispozitivul. Toate setările și parametrii dispozitivului sunt vizibile clar pe ecranul mare al computerului, ceea ce este foarte convenabil. În plus, sursa de alimentare poate fi instalată într-o unitate de producție și controlată de la distanță de la locul de muncă. Acest lucru poate fi util dacă zona de producție este zgomotoasă, rece sau foarte caldă, conține condiții periculoase pentru oameni etc. Dacă este necesar, este posibil chiar și controlul dispozitivului prin fibră optică, ceea ce va elimina orice conexiune electrică cu operatorul.

Această figură arată o captură de ecran a ferestrei principale a programului IT9000, care controlează funcționarea tensiunii AC și a sursei de curent de laborator din seria IT7300. Toate comenzile sunt situate pe un singur ecran, precum și o indicație detaliată a stării curente a dispozitivului.

Fereastra principală a programului de telecomandă din seria IT7300.
Click pe fotografie pentru a mari imaginea.

Al doilea caz în care se utilizează controlul software este includerea surselor de alimentare de laborator în sistemele automate de măsurare. Anterior, cel mai des era folosită în acest scop interfața IEEE-488.2 (se mai numește și GPIB, iar în GOST se numea KOP - General Use Channel). Dar în ultimii ani, interfețele Ethernet (LAN) și USB au câștigat în mod activ popularitate în sistemele de automatizare industrială, iar interfețele învechite RS-232 și RS-485 sunt folosite din ce în ce mai puțin. Pentru a controla dispozitivul, va trebui să vă creați propriile programe. Comenzile de control sunt descrise în detaliu în manualele de programare furnizate pentru fiecare serie. Pentru un exemplu de manual de programare pentru sursele de alimentare de laborator din seria ITECH IT6500, consultați . Această fotografie prezintă panoul din spate al sursei de alimentare moderne ITECH IT6412, care este echipată standard cu trei interfețe populare: IEEE-488.2, Ethernet (LAN) și USB.

Trei interfețe comune pentru controlul software al dispozitivelor:
IEEE-488.2, LAN (Ethernet) și USB.

Aplicații tipice și modele populare de surse de alimentare de laborator

Acum că ne-am ocupat de criteriile de bază pentru alegerea surselor de alimentare de laborator, să ne uităm la aplicațiile tipice ale acestor dispozitive și la modelele de dispozitive potrivite pentru aceste sarcini.

Alimentare universală de laborator pentru o gamă largă de sarcini

Pentru majoritatea sarcinilor tipice care apar în timpul dezvoltării sau reparației echipamentelor electronice, seria ITECH IT6900A (până la 150 V, până la 25 A, până la 600 W), care a fost creată ca sursă principală de alimentare de laborator capabilă să rezolve 90% dintre toate problemele, este excelent:

Dacă aveți nevoie de o sursă de alimentare universală, dar pentru bani minimi, atunci alegeți seria economică ITECH IT6700. Are două modele: 100 W și 180 W. Nu există control software, dar există o limitare automată a puterii de ieșire, care nu se găsește adesea în acest interval de preț:

Fiecare radioamator începător are nevoie de o sursă de alimentare de laborator. Pentru a face acest lucru corect, trebuie să alegeți o schemă potrivită, iar cu aceasta există de obicei multe probleme.

Tipuri și caracteristici ale surselor de alimentare

Există două tipuri de surse de alimentare:

• Puls;
• Liniar.

Un bloc de tip impuls poate genera interferențe, care vor afecta setările receptoarelor și ale altor transmițătoare. Este posibil ca o sursă de alimentare liniară să nu poată furniza puterea necesară.

Cum să faci corect o sursă de alimentare de laborator din care să poți încărca bateria și plăcile de circuite sensibile la curent? Dacă luați o sursă de alimentare liniară simplă de 1,3-30 V și o putere curentă de cel mult 5 A, veți obține un stabilizator bun de tensiune și curent.

Să folosim schema clasică pentru a asambla o sursă de alimentare cu propriile noastre mâini. Este proiectat pe stabilizatori LM317, care reglează tensiunea în intervalul 1,3-37V. Munca lor este combinată cu tranzistoarele KT818. Acestea sunt componente radio puternice care pot trece curenți mari. Funcția de protecție a circuitului este asigurată de stabilizatorii LM301.

Această schemă a fost dezvoltată cu destul de mult timp în urmă și a fost modernizată periodic. Pe ea au apărut mai multe punți de diode, iar capul de măsurare a primit o metodă de comutare non-standard. Tranzistorul MJ4502 a fost înlocuit cu un analog mai puțin puternic - KT818. Au apărut și condensatori de filtru.

Instalare blocuri DIY

La următoarea asamblare, schema bloc a primit o nouă interpretare. Capacitatea condensatoarelor de ieșire a fost crescută și au fost adăugate mai multe diode pentru protecție.

Tranzistorul de tip KT818 a fost un element nepotrivit în acest circuit. S-a supraîncălzit foarte mult și a provocat adesea avarii. Au găsit un înlocuitor pentru el cu o opțiune mai profitabilă TIP36C; în circuit are o conexiune paralelă.

Configurare pas cu pas

O sursă de alimentare de laborator creată de sine trebuie pornită pas cu pas. Pornirea inițială are loc cu LM301 și tranzistoarele deconectate. În continuare, se verifică funcția de reglare a tensiunii prin regulatorul P3.

Dacă tensiunea este bine reglată, atunci tranzistoarele sunt incluse în circuit. Funcționarea lor va fi atunci bună când mai multe rezistențe R7, R8 încep să echilibreze circuitul emițătorului. Rezistoarele sunt necesare pentru ca rezistența lor să fie cât mai mică posibil. În acest caz, trebuie să existe suficient curent, altfel în T1 și T2 valorile sale vor diferi.

Această etapă de reglare permite conectarea sarcinii la capătul de ieșire al sursei de alimentare. Ar trebui să încercați să evitați un scurtcircuit, altfel tranzistoarele se vor arde imediat, urmate de stabilizatorul LM317.

Următorul pas va fi instalarea LM301. În primul rând, trebuie să vă asigurați că există -6V pe amplificatorul operațional din pinul 4. Dacă +6V este prezent pe el, atunci poate exista o conexiune incorectă a podului de diode BR2.

De asemenea, conexiunea condensatorului C2 poate fi incorectă. După inspectarea și corectarea defectelor de instalare, puteți alimenta cel de-al 7-lea picior al LM301. Acest lucru se poate face de la ieșirea sursei de alimentare.

În ultimele etape, P1 este reglat astfel încât să poată funcționa la curentul maxim de funcționare al sursei de alimentare. O sursă de alimentare de laborator cu reglare a tensiunii nu este atât de dificil de reglat. În acest caz, este mai bine să verificați instalarea pieselor decât să obțineți un scurtcircuit cu înlocuirea ulterioară a elementelor.

Radioelemente de bază

Pentru a asambla o sursă de alimentare puternică de laborator cu propriile mâini, trebuie să achiziționați componentele adecvate:

• Pentru alimentarea cu energie este necesar un transformator;
• mai multe tranzistoare;
• Stabilizatori;
• Amplificator operațional;
• Mai multe tipuri de diode;
• Condensatoare electrolitice – nu mai mult de 50V;
• Rezistoare de diferite tipuri;
• Rezistorul P1;
• Siguranță.

Evaluarea fiecărei componente radio trebuie verificată cu diagrama.

Bloc în formă finală

Pentru tranzistori, este necesar să selectați un radiator adecvat care poate disipa căldura. Mai mult, în interior este montat un ventilator pentru a răci puntea de diode. Un altul este instalat pe un radiator extern, care va sufla aer peste tranzistoare.

Pentru umplerea internă, este recomandabil să alegeți o carcasă de înaltă calitate, deoarece lucrul s-a dovedit a fi serios. Toate elementele ar trebui să fie bine fixate. În fotografia sursei de alimentare a laboratorului, puteți vedea că voltmetrele indicator au fost înlocuite cu dispozitive digitale.

Fotografie cu sursa de alimentare a laboratorului

Acest articol este destinat persoanelor care pot distinge rapid un tranzistor de o diodă, știu pentru ce este un fier de lipit și de ce parte să-l țină și au ajuns în sfârșit să înțeleagă că fără o sursă de alimentare de laborator viața lor nu mai are sens. ...

Această diagramă ne-a fost trimisă de o persoană sub porecla: Loogin.

Toate imaginile sunt reduse în dimensiune, pentru a le vizualiza la dimensiune completă, faceți clic stânga pe imagine

Aici voi încerca să explic cât mai detaliat posibil - pas cu pas cum să faci asta cu costuri minime. Cu siguranță toată lumea, după ce și-a actualizat hardware-ul de acasă, are cel puțin o sursă de alimentare sub picioare. Desigur, va trebui să cumpărați ceva în plus, dar aceste sacrificii vor fi mici și cel mai probabil justificate de rezultatul final - acesta este de obicei aproximativ 22V și 14A plafon. Personal, am investit 10$. Desigur, dacă asamblați totul din poziția „zero”, atunci trebuie să fiți pregătit să plătiți încă 10-15 USD pentru a cumpăra sursa de alimentare în sine, fire, potențiometre, butoane și alte articole libere. Dar, de obicei, toată lumea are o mulțime de astfel de gunoaie. Există, de asemenea, o nuanță - va trebui să lucrați puțin cu mâinile, așa că ar trebui să fie „fără deplasare” J și ceva similar s-ar putea să vă iasă:

În primul rând, trebuie să obțineți o unitate de alimentare ATX inutilă, dar utilă, cu o putere > 250 W prin orice mijloace necesare. Una dintre cele mai populare scheme este Power Master FA-5-2:

Voi descrie secvența detaliată a acțiunilor în mod specific pentru această schemă, dar toate sunt valabile pentru alte opțiuni.
Deci, în prima etapă trebuie să pregătiți o sursă de alimentare donatoare:

1. Scoateți dioda D29 (puteți ridica doar un picior)
2. Scoateți jumperul J13, găsiți-l în circuit și pe placă (puteți folosi tăietoare de sârmă)
3. Jumperul PS ON trebuie conectat la masă.
4. Pornim PB-ul doar pentru scurt timp, deoarece tensiunea la intrări va fi maximă (aproximativ 20-24V).De fapt, asta vrem să vedem...

Nu uitați de electroliții de ieșire, proiectați pentru 16V. S-ar putea să se încălzească puțin. Având în vedere că cel mai probabil sunt „umflați”, vor trebui în continuare trimiși în mlaștină, fără rușine. Scoateți firele, acestea ies în cale și vor fi folosite doar GND și +12V, apoi lipiți-le înapoi.

5. Scoateți piesa de 3,3 volți: R32, Q5, R35, R34, IC2, C22, C21:

6. Îndepărtarea 5V: ansamblu Schottky HS2, C17, C18, R28 sau „tip șoc” L5
7. Eliminați -12V -5V: D13-D16, D17, C20, R30, C19, R29

8. Le schimbăm pe cele proaste: înlocuiți C11, C12 (de preferință cu o capacitate mai mare C11 - 1000uF, C12 - 470uF)
9. Schimbăm componentele nepotrivite: C16 (preferabil 3300uF x 35V ca al meu, ei bine, minim 2200uF x 35V este obligatoriu!) și rezistența R27, vă sfătuiesc să-l înlocuiți cu unul mai puternic, de exemplu 2W și o rezistență de 360-560 ohmi.

Ne uităm la tabla mea și repetăm:

10. Scoatem totul din picioarele TL494 1,2,3 pentru asta scoatem rezistentele: R49-51 (liber primul picior), R52-54 (... al 2-lea picior), C26, J11 (... al 3-lea picior)
11. Nu știu de ce, dar R38-ul meu a fost tăiat de cineva și vă recomand să-l tăiați și dumneavoastră. Acesta participă la feedback-ul de tensiune și este paralel cu R37. De fapt, R37 poate fi de asemenea tăiat.

12. separăm al 15-lea și al 16-lea picior al microcircuitului de „tot restul”: pentru aceasta facem 3 tăieturi în șinele existente și restabilim conexiunea la al 14-lea picior cu un jumper negru, așa cum se arată în fotografia mea.

13. Acum lipim cablul pentru placa de reglare la punctele conform diagramei, am folosit orificiile de la rezistențele lipite, dar pe 14 și 15 a trebuit să dezlipesc lacul și să găurim, în fotografia de mai sus.
14. Miezul buclei nr. 7 (sursa de alimentare a regulatorului) poate fi preluat de la sursa de alimentare +17V a TL, în zona jumperului, mai precis de la acesta J10. Faceți o gaură în potecă, curățați lacul și mergeți acolo! Este mai bine să găuriți din partea de imprimare.

Asta a fost tot, după cum se spune: „modificare minimă” pentru a economisi timp. Dacă timpul nu este critic, atunci puteți pur și simplu aduce circuitul în următoarea stare:

De asemenea, aș sfătui schimbarea condensatoarelor de înaltă tensiune la intrare (C1, C2).Sunt de capacitate mică și probabil că sunt deja destul de uscate. Acolo va fi normal să fie 680uF x 200V. În plus, este o idee bună să refaceți puțin șocul de stabilizare a grupului L3, fie să utilizați înfășurări de 5 volți, conectându-le în serie, fie să eliminați totul și să înfășurați aproximativ 30 de spire de fir email nou cu o secțiune transversală totală de 3- 4 mm 2 .

Pentru a alimenta ventilatorul, trebuie să „pregătiți” 12V pentru el. Am ieșit astfel: acolo unde înainte exista un tranzistor cu efect de câmp pentru a genera 3,3 V, puteți „aranja” un KREN de 12 volți (KREN8B sau 7812 analog importat). Desigur, nu o puteți face fără să tăiați șine și să adăugați fire. În cele din urmă, rezultatul a fost practic „nimic”:

Fotografia arată cum totul a coexistat armonios în noua calitate, chiar și conectorul ventilatorului se potrivește bine și inductorul rebobinat s-a dovedit a fi destul de bun.

Acum regulatorul. Pentru a simplifica sarcina cu diferite șunturi acolo, facem acest lucru: cumpărăm un ampermetru și un voltmetru gata făcut în China sau pe piața locală (probabil le puteți găsi de la revânzători acolo). Puteți cumpăra combinate. Dar nu trebuie să uităm că plafonul lor actual este de 10A! Prin urmare, în circuitul regulatorului va fi necesar să se limiteze curentul maxim la acest marcaj. Aici voi descrie o opțiune pentru dispozitive individuale fără reglementări actuale cu o limitare maximă de 10A. Circuit regulator:

Pentru a ajusta limita de curent, trebuie să înlocuiți R7 și R8 cu un rezistor variabil de 10 kOhm, la fel ca R9. Apoi va fi posibil să utilizați toate măsurile. De asemenea, merită să acordați atenție lui R5. În acest caz, rezistența sa este de 5,6 kOhm, deoarece ampermetrul nostru are un șunt de 50mΩ. Pentru alte optiuni R5=280/R shunt. Deoarece am luat unul dintre cele mai ieftine voltmetre, acesta trebuie modificat puțin, astfel încât să poată măsura tensiuni de la 0V, și nu de la 4,5V, așa cum a făcut producătorul. Toată alterarea constă în separarea circuitelor de putere și de măsurare prin îndepărtarea diodei D1. Lipim un fir acolo - aceasta este sursa de alimentare +V. Partea măsurată a rămas neschimbată.

Placa de reglare cu dispunerea elementelor este prezentată mai jos. Imaginea pentru metoda de fabricare a fierului cu laser vine ca un fișier separat Regulator.bmp cu o rezoluție de 300 dpi. Arhiva conține și fișiere pentru editare în EAGLE. Ultimul off. Versiunea poate fi descărcată de aici: www.cadsoftusa.com. Există o mulțime de informații despre acest editor pe Internet.

Apoi înșurubăm placa finită pe tavanul carcasei prin distanțiere izolatoare, de exemplu, tăiate dintr-un bețișor de acadea folosit, de 5-6 mm înălțime. Ei bine, nu uitați să faceți mai întâi toate decupajele necesare pentru măsurare și alte instrumente.

Preasamblam și testăm sub sarcină:

Ne uităm doar la corespondența citirilor diferitelor dispozitive chinezești. Și mai jos este deja cu o sarcină „normală”. Acesta este un bec principal al mașinii. După cum puteți vedea, există aproape 75W. În același timp, nu uitați să puneți un osciloscop acolo și să vedeți ondulația de aproximativ 50 mV. Dacă există mai mulți, atunci ne amintim despre electroliții „mari” de pe partea înaltă cu o capacitate de 220uF și uităm imediat după înlocuirea lor cu cei normali cu o capacitate de 680uF, de exemplu.

În principiu, ne putem opri aici, dar pentru a da un aspect mai plăcut aparatului, ei bine, ca să nu arate 100% făcut în casă, facem următoarele: ne lăsăm bârlogul, urcăm la podeaua de deasupra și scoateți semnul inutil de la prima ușă pe care o întâlnim.

După cum puteți vedea, cineva a fost deja aici înaintea noastră.

În general, facem în liniște această afacere murdară și începem să lucrăm cu fișiere de stiluri diferite și, în același timp, stăpânim AutoCad.

Apoi ascuțim o bucată de țeavă de trei sferturi folosind hârtie șmirghel și o tăiem din cauciuc destul de moale de grosimea necesară și sculptăm picioarele cu superglue.

Drept urmare, obținem un dispozitiv destul de decent:

Sunt câteva lucruri de remarcat. Cel mai important lucru este să nu uitați că GND-ul sursei de alimentare și circuitul de ieșire nu trebuie conectate, deci este necesar să se elimine legătura dintre carcasă și GND-ul sursei de alimentare. Pentru comoditate, este indicat să scoateți siguranța, ca în fotografia mea. Ei bine, încercați să restaurați pe cât posibil elementele lipsă ale filtrului de intrare, cel mai probabil codul sursă nu le are deloc.

Iată mai multe opțiuni pentru dispozitive similare:

În stânga este o carcasă ATX cu 2 etaje cu hardware all-in-one, iar în dreapta este o carcasă veche a computerului AT, puternic transformată.