Для своих электронных поделок я использую самодельный регулируемый линейный блок питания на 30V 3A. Он собран на базе конструктора с AliExpress, но я добавил несколько доработок от себя. У него неплохие характеристики в плане уровня пульсаций и шума, но всего один выход. Когда я начинал проект с операционными усилителями мне потребовалось двухполярное питание. Тогда я использовал два аккумулятора формата 6F22 "Крона", включённых последовательно со средней точкой. Это хорошее решение если вам не нужен большой ток или напряжение (у аккумуляторов формата 9F22 максимально можно получить 8.4V, а в номинале 7.4V). Ну и аккумуляторы приходится периодически заряжать.
Когда пришло время соединить аналоговую часть с цифровой, пришлось использовать ещё и регулируемый блок питания для получения +5V. Всё собиралось на беспаечных макетках и не было одного выключателя чтобы отключить все питания разом. Да и напряжение +7.4V и -7.4V с аккумуляторов бывает недостаточно для операционных усилителей. Чтобы не городить батарею из аккумуляторов 18650 я решил собрать простенький линейный блок питания на 5 фиксированных напряжений: +12V, +5V, +3.3V, -5V и -12V. Такие же напряжения выдаёт компьютерный блок питания, но там есть пульсации и шумы из-за импульсного преобразователя. Для аналоговой части это бывает критично, а фильтровать помехи сложнее нежели изначально построить линейный блок.
В итоге получились следующие требования:
линейный блок питания на 5 фиксированных напряжений: +12V, +5V, +3.3V, -5V и -12V
максимальный ток до 1A
коммутация всех выходов одной кнопкой или выключателем
индикация выходного тока (мне достаточно отличать 100mA от 1A)
принудительное охлаждение с контролем температуры радиатора
Т.к. требования по току небольшие, то остановился на линейных стабилизаторах серии L78xx и L79xx а для +3.3V выбрал LM317. Можно было всё построить на LM317/LM337, но L78xx/L79xx уже были в наличии. Схема включения стабилизаторов взята из их документации.
Для охлаждения взял на барахолке коробочный вариант кулера от процессора AMD, который без проблем рассеивает 75W тепла. Вентилятор включается через термореле, которое срабатывает при превышении 50°C. В стабилизаторах есть встроенная защита от перегрева так что сгореть они не должны даже если откажет термореле или вентилятор. На радиатор не помещалось 7 компонентов в корпусе TO-220 (особенно после сломанного винта, который намертво застрял) и пришлось нарезать резьбу еще и на верхней кромке. Стабилизаторы L7812 и L7805 установлены без изолирующих прокладок (у них кронштейн соответствует общему выходу, которые соединёны вместе), а вот LM317, L7912, L7905 и термореле пришлось крепить через прокладки.
Ради минимизации веса применил тороидальный трансформатор на 40W и 18V на вторичной обмотке. Он может отдавать до 2A тока без перегрева. Трансформатор подключается в сеть через тумблер на лицевой панели и предохранитель на 1A. Разъём сетевого питания использовал без встроенного выключателя, т.к. по опыту с моим предыдущим блоком питания неудобно тянуться к задней панели.
Чтобы получить двухполярное питание с одной вторичной обмотки пришлось ставить фильтрующие конденсаторы большей ёмкости. Сейчас стоят четыре конденсатора 4700uF на 50V (по два на положительную и отрицательную линию) и на выходе получается +25V и -25V. Параллельно конденсаторам стоят разрядные сопротивления на 10кОм. Выход выпрямителя коммутируется тумблером, который отключает положительный и отрицательный выход от стабилизаторов. Из-за использования механического выключателя есть небольшой дребезг, но мне это не критично.
После выключателя выхода стоят шунты по 0.1 Ом, которые подключены к двум амперметрам на базе 91C16. У этих измерительных головок низкая точность, они электризуются и начинают привирать, но они дешёвые и габариты всего 40х40 мм. Их точности вполне достаточно для работы "показометрами". Напряжение максимального отклонения у моих экземпляров в районе 130mV и потому градуировка до 1.3A. Новую шкалу рисовал в Scale Master. В первом варианте был только один амперметр, который переключался между шунтами положительной и отрицательной линии, но от такой схемы пришлось отказаться, т.к. тумблер не обеспечивал надёжный контакт.
Корпус использован Kradex Z17, но вначале пытался всё затолкать в Kradex Z2A. Отдельное "фу" производителю у которого размеры креплений для платы несимметричные и указаны в долях миллиметра, но не совпадают с моим экземпляром корпуса. Пришлось растачивать отверстия на плате чтобы закрепить в корпусе. Передняя и задняя панели корпуса вырезаны лазером из картона 1.5мм и склеены по две. Плотный картон выбран из-за скорости обработки - чтобы изготовить прототип дома потребуется около получаса, а на лазерном резаке так и вовсе минуты. В дальнейшем планирую распечатать эти панели из пластика.
Печатную плату изготовил методом ЛУТ и травил раствором перекиси водорода с лимонной кислотой. Это мой первый опыт с перекисью и поначалу процесс травления совсем не шёл - пришлось подогревать на водяной бане. Нужно только учитывать что раствор одноразовый, но в отличии от хлорного железа не оставляет несмываемых пятен на одежде и мебели.
Файлы проекта выложены на GitHub.
Комментарии (43)
GennPen
20.03.2024 15:08+1Странно что у вас стабилизаторы на 5В и 3.3В питаются от выхода стабилизатора на 12В.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Вначале он к выходу +5 был подключен, но работал нестабильно. Для надежности нужно на 2 вольта больше на входе, если не LDO стабилизатор.
REPISOT
20.03.2024 15:08+1В стабилизаторах есть встроенная защита от перегрева так что сгореть они не должны даже если откажет термореле или вентилятор.
Да, сами стабилизаторы не сгорят. А вот питаемому устройству может поплохеть, если внезапно отвалятся, например, все положительные напряжения, а отрицательные останутся. Тут надо какой-нибудь монитор напряжений. И отключение всех в случае пропадания или КЗ хотя бы по одному выходу.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Есть такое, но если делать монитор выходов, то блок простым не будет. И я не слышал про такую защиту даже в промышленных недорогих блоках.
Tirarex
20.03.2024 15:08Любой компьютерный блок питания будет иметь микросхему супервизор которая следит за питанием и выдает сигнал PowerGood. На этот сигнал можно повесить 3 реле которые включают выходи 12 3,3 и 5в. Блоки получше еще сами мониторят этот сигнал и при выходе за рамки, уходят в защиту еще в горячей части.
Кстати никто не запретит вам использовать такую микросхему, их много разных видов, но все они мониторят 3 напряжения и выдают powerGood сигнал.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08А есть пример такого монитора чтобы даташник полистать? Я не силён в схемотехнике компьютерных блоков питания. В схемах простых китайских линейников на несколько выходов я ничего такого не видел.
Jury_78
20.03.2024 15:08На мой взгляд можно на компараторе сделать. Водном корпусе вроде до 4 шт. бывает.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Я полистал схемы некоторых ATX блоков - в части из них и используют компараторы. Но я пока не видел схемы недорогих лабораторников с несколькими выходами и подобной защитой.
Jury_78
20.03.2024 15:08Это же не значит, что и вам не надо делать. ;)
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08+1В этом блоке точно не нужно. Я поначалу фантазировал насчёт порядка включения/отключения выходов, электронный выключатель выходов чтобы не было дребезга и т.д. Но вовремя остановился и сделал простое, путь и не оптимальное решение. По моему опыту, хоть как-то работающее решение много лучше "идеального" которое так и осталось на бумаге.
REPISOT
20.03.2024 15:08+31 Вы используете блок как лабораторный, а не как промышленный.
2 Дешевых лабораторных на 5 выходов я не встречал.
3 В лабораторных блоках на 2 выхода есть функция слежения, которая устанавливает на ведомом выходе такое же (по модулю) напряжение, что и на ведущем.
4 У вас каскадное включение стабилизаторов, поэтому при отключении 1-го каскада (12В) отключатся и +5В и +3,3В
5 При подключении устройств с несколькими напряжениями питания важен порядок подачи напряжений. Для микросхем российского производства он указан даже для ОУ. Для иностранных микросхем приводится, как правило, для более сложных. Но даже если указано "одновременная подача", как у вас с одновременностью?
6 По положительной шине ток потребления обычно больше, и у вас там больше каналов и потребителей. А значит, она и при выключении питания отключится раньше.
P.S. У вас там емкости маленькие, разница будет небольшой.
P.P.S. А вообще, если до сих пор ничего не спалили, то и ладно. Вашим потребностям удовлетворяет.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Вы заблуждаетесь насчёт его лабораторности. Это замена кучи блоков питания, которую можно включить и выключить относительно одновременно и увидеть скачок тока в случае короткого. Ничего более.
REPISOT
20.03.2024 15:08+2Для своих электронных поделок я использую самодельный регулируемый линейный блок питания
Это и называется "лабораторный". Когда к блоку могут подключаться нагрузки с разбросом характеристик и с предусмотренной вероятной неисправностью.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Хм, я не вижу противоречий. Упомянутый в начале регулируемый блок и есть лабораторный. В нём есть регулировка напряжения, тока, защиты.
Второй блок, который с 5 выходами, скорее настольный, а не лабораторный. Т.к. в нём есть только защита его самого, И он запросто может сжечь тонкие дорожки в случае КЗ.
REPISOT
20.03.2024 15:08+2Настольный - это из другой классификации. Настольный, настенный и т.д.
Мы же рассматривали лабораторный / промышленный.
То, что в нем нет специфических защит, делает его "промышленным". Скорее даже - бытовым. А применяете вы его как лабораторный. О чем я и говорю. В нем нет механизмов защиты, которые необходимы для тестирования и отладки электроники. Поэтому его применение в таком назначении - риск сжечь тестируемую схему.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Я ниже привёл пример как можно сжечь схему и при наличии защит в блоке. Если имеете дело с чем-то сложнее/дороже ардуины, то и не стоит питать его таким блоком.
hphphp
20.03.2024 15:08Cимпатично и лампово получилось. Сколько если не секрет обошлось всё удовольствие? Китайские готовые стоят около 4-5, но с одним выходом.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Трудно сказать. Я только охлаждение и амперметры купил, а остальное было в наличии. Такие проекты для души, а не ради экономии как правило.
vesowoma
20.03.2024 15:08Красиво и аккуратно собрано, хотя я и противник использования картона в электрических изделиях. Вопрос - в схеме есть предохранитель, а где он в готовом изделии? Не нашел.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Панели из картон это времянка, хотя нет ничего более постоянное чем временное :) А в целом если под рукой нет 3д принтера, то для прототипирования это простой материал в обработке. А в целом он и изолятор не самый плохой, хотя и боится влаги.
Предохранитель стоит на плате слева от трансформатора в термоусадке.
viordash
20.03.2024 15:08Скажите, пжлст, почему не поставили кондеры на положительные напряжения? По аналогии с отрицательными. Особенно после амперметра, там то обязательно ппобольше емкости
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08На всех выходах стоит керамика по 1uF (слева внизу на схеме), а на отрицательные стабилизаторы пришлось поставить больше из-за нестабильной работы.
sim2q
20.03.2024 15:08+1керамику стараются ставить как можно ближе к выводам активного элемента, а ещё некоторые LDO капризные к подключаемым ёмкостям и желательно посмотреть что там рекомендуют в мануалах
Va_sil
20.03.2024 15:08+4Я вот всегда считал что главное достоинство БП для самоделок это защита от кз. В идеале регулируемая . Те , кто считает иначе периодически меняют КРенки и примерно после третьей замены гуглят ограничитель тока на 2 транзисторах. Остальные ставят предохранитель после электролитов или несколько лампочек в паралель тудаже . А в цэлом тороид и линейные стабилизаторы в наше время моветон . Про КПД даже думать страшно.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08Я вот всегда считал что главное достоинство БП для самоделок это защита
от кз. В идеале регулируемая . Те , кто считает иначе периодически
меняют КРенки и примерно после третьей замены гуглят ограничитель тока
на 2 транзисторах. Остальные ставят предохранитель после электролитов
или несколько лампочек в паралель тудаже .У L78xx/L79xx/LM317 есть защита от КЗ. Если речь о защите питаемого устройства, то ограничение тока скорее спасает от выгорания дорожек, чем защищает нежные микросхемы.
А в цэлом тороид и линейные стабилизаторы в наше время моветон.
А мне нравится простота, к тому же есть некая "ламповость" в таком решении.
Про КПД даже думать страшно.
Про КПД стоит думать если стоит такая задача. В этом случае нужны как минимум 3 отдельные обмотки и больше элементов в схеме. Ради чего если мы от сети питаемся?
GennPen
20.03.2024 15:08+2Если речь о защите питаемого устройства, то ограничение тока скорее спасает от выгорания дорожек, чем защищает нежные микросхемы.
Смотря сколько ставить ограничение тока. Если устройство в нормальном режиме потребляет 20мА, то внутреннее ограничение тока в 2А у L78xx/L79xx/LM317 можно сказать практически бесполезно и спасает только сами стабилизаторы и проводку с дорожками(возможно, не все). А если с нормальным ограничением тока выставить, допустим 25мА, то с большой долей вероятности это спасет "нежные микросхемы" в случае нештатной ситуации.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08"Нежные" микросхемы убиваются не только током. Из последнего - выбитая ad9833 после случайного замыкания ее ножки на линию -12 от операционника. Ограничение тока в тут не помогло.
GennPen
20.03.2024 15:08+1после случайного замыкания ее ножки на линию -12 от операционника
Это уже совсем другая проблема, и ее нужно решать не электрическим путем.
ponikrf
20.03.2024 15:08+1Да в целом такое решение не очень, но с другой стороны - почему бы и нет. С одной стороны поделка получилась не очень из-за схемотехнических решений. С другой стороны, тут хоть что то получилось. А то бывает так - чел начнет на радиокотике блок питания лабораторный делать, пройдет 10 лет а он до сих пор его доделать не может. Он уж и забыл, зачем его делать та начал.
Если бы мне сейчас надо было аналоговый блок питания, я бы пожалуй взял себе набор из Б5-44А. Сам уже имею Agilent, правда посоветовать не могу - слишком дорого это нынче. Ну и есть проблема с шумом. Все таки для дома Б5-44А очень хороший вариант.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08По моему мнению, большинство разочарований комментаторов из-за попытки сравнивать решения из сильно разных категорий. Это как сравнивать Лада Гранта с Фольскваген Пассат и расстраиваться на различия.
Любое решение начинается со сбора и анализа требований. Часто нет смысла "дорабатывать" решение если требования изменились, проще разработать новое или купить готовое (последнее ещё и дешевле выйдет, но тут нет "процесса").
aumi13
20.03.2024 15:08+2для 40W КПД при питании от сети не критично, в отличии от шумов импульсных преобразователей, применительно к аналоговой схеме.
HardWrMan
20.03.2024 15:08Ммм, БП с линейными стабилизаторами. Как в детство окунулся на 35 лет назад... Как сказали выше: будет тепло, возможно даже лампово.
SuperTEHb
20.03.2024 15:08+1Потоки воздуха желательно направить вдоль радиатора, а не поперёк. Можно даже просто загородить картонкой нижнюю треть рёбер. Естественной конвекции это не помешает, а принудительную улучшит. Лично я бы и вовсе запитал вентилятор постоянно через резистор на малой скорости, а термореле включало бы "вторую передачу". Пускай вертится себе потихоньку, ненавязчиво вентилирует корпус.
tataranovich Автор
20.03.2024 15:08С двумя скоростями это хорошая идея. Попробую подкинуть сопротивление параллельно термореле и посмотреть на уровень шума.
Сейчас вентилятор стоит на выдув что в теории охлаждает и трансформатор заодно.
longclaps
25V входного нестабилизированного -> 12V выходного стабилизированного - это перебор. Героически отводить тепло с девайса с кпд менее 50% - такое себе.
А что, транса со вторичной обмоткой для двухполупериодного выпрямителя не нашлось?
tataranovich Автор
Мелкого с двумя вторичками не нашлось. Да и не стояла задача КПД оптимизировать.
red_dragon
Намотать ещё одну вторичку?
tataranovich Автор
Мотать тороид небольшого размера это морока. Мне было проще поставить больше фильтрующих конденсаторов. На мой взгляд, если не стоит задача получить полностью независимые выходы, то смысла в этом нет.
Ivanii
Еще можно на + источники сделать классический мост, а минусовые источники питать через 1 - 2(мост) конденсатора.
https://i.postimg.cc/VL3rFpY4/R-1982-7-c61.jpg
tataranovich Автор
Вроде с такого подключения можно взять только небольшой ток.
Ivanii
Зависит от емкостей, минусовые источники обычно требуются маломощные.