Делаем своими руками регулируемый блок питания на LM 317

Делаем своими руками регулируемый блок питания на LM 317

Рано или поздно любой начинающий радиолюбитель сталкивается с необходимостью заиметь простой, надёжный и недорогой регулируемый блок питания для проверки собственных поделок, ну и, конечно же, тестирования новых «пациентов». Вариантов немного – либо купить уже готовый блок с требуемыми характеристиками в магазине или же у более опытного коллеги по ремеслу, либо собрать устройство самостоятельно из подручных материалов. С учётом цен на более-менее качественные ИИП с регулировкой напряжения (в среднем от 15 до 80 у. е.) вывод напрашивается сам собой.

Регулируемый блок питания на LM317

Схема блока питания на LM317 с регулировкой

Первая схема это регулятор напряжения на основе LM317. Микросхема LM317 может выдавать до 1,5 А, имеет защиту от короткого замыкания и перегрева. Максимальное входное напряжение составляет 40 вольт постоянного тока, и оно изменяется на выходе до 1,2 вольт. Конечно LM317 следует установить на радиатор (если нагрузка планируется мощная — то большой).

Простой лабораторный блок питания на микросхеме КР142ЕН12 (LM317)

Лабораторный блок питания – прибор первой необходимости в радиолюбительской мастерской, в электротехнической практике. Автор не ведет регулярных работ с тонкой и нежной электроникой, однако иногда приходится. И когда прибор готов, начинаются поиски подходящих КРЕН и LM («гуляющая» деревенская сеть). В последнее время, приходится также регулярно иметь дело со светодиодными лентами (встраиваемая подсветка декоративных витражных светильников). Светодиодная лента в таких светильниках зачастую применяется довольно причудливым образом и в результате такого рода монтажных работ, пострадал не один штатный импульсный блок питания. Словом, назрела необходимость.

Техническое задание

Блок питания виделся линейным (НЧ трансформатор) как более живучий, простой и ремонтопригодный. Вес и габариты для стационарного прибора не слишком важны. Блок питания должен быть регулируемым, выдавать постоянное стабилизированное напряжение до, ну скажем +20 В, с током нагрузки до нескольких ампер. Блок питания непременно должен быть оснащен защитой от короткого замыкания, желательна и регулируемая защита от превышения тока нагрузки. Блок питания может быть одноканальным, однополярным.

Очень хорошо иметь «на борту» и комплект измерительных приборов – вольтметр-амперметр. Это сильно повышает удобство в работе, позволит проводить некоторые другие работы и измерения, освобождает рабочее пространство на столе от лишних внешних приборов и проводов.

Изготовление авторских светильников предполагает вероятность их продажи, в том числе и в страны, электрические сети которых имеют напряжение отличное от родных 220 вольт. К счастью, импульсные БП имеют диапазон входных напряжений, перекрывающий все вероятные значения –

100…240 В. Остается только снабдить сетевой адаптер подходящим переходником. Напряжение сети близкое к 240 вольтам не редкость в нашей сети (на одной из фаз). Нижнее же значение диапазона взять неоткуда. Проверить работоспособность БП при низком напряжении весьма желательно, учитывая качество большинства попадающих к нам блоков питания китайского производства. Применяемый в лабораторном блоке питания силовой трансформатор ТС-180-2 имеет сетевые обмотки на двух катушках (разделенные на две равные части). Это позволило очень просто получить искомое напряжение

Что понадобилось для работы

Набор инструментов для электромонтажа, мультиметр, паяльник с принадлежностями, набор слесарного инструмента.

Кроме радиоэлементов в дело пошел корпус от старинного PC-шника, кусок оргстекла, немного кровельной стали, толстого текстолита и алюминия. Паста КПТ-8, крепеж, монтажный провод и медная проволока, термотрубка, нейлоновые ремешки, ЛКМ.

Конструирование

Блок питания решено было собрать на основе специализированной микросхемы регулируемого стабилизатора КР142ЕН12 (LM317). Это позволило при весьма простой схеме прибора получить вполне приличные параметры.

Схема имеет следующие особенности – переключаемая (переключателем SA2) вторичная обмотка трансформатора TV1 для понижения нагрева регулирующего элемента стабилизатора. Усиление микросхемы DA1 стабилизатора выносным транзистором VT1. Регулятор тока срабатывания защиты микросхемы на элементах R5…R9, SA3.

Сетевой трансформатор – ТС180-2 с перемотанными вторичными обмотками. Кроме силовых вторичных обмоток, были намотаны и две относительно слаботочных обмотки для двуполярных стабилизаторов питания измерительных приборов. Катушки трансформатора пропитаны лаком, что позволило свести к минимуму его акустический шум (гудение) и позволило надеяться на длительную работу со старым обмоточным проводом.

В блоке питания применены самодельные измерительные приборы – цифровой вольтметр и амперметр на микросхемах КР572ПВ2 (ICL7107) [3]. Семисегментные индикаторы, для удобства быстрого опознания, разного размера и разного цвета. Микросхемы приборов требуют двуполярного питания +5 В, -5 В. Каждому прибору требуется свой блок питания, БП амперметра должен быть полностью изолирован от цепей основной схемы.

Контакты переключателей SA2, SA3 должны пропускать ток до 3А. В качестве этих переключателей применены галетные ПГК [2] с керамическими платами. Допустимый ток через контактную группу, именно 3 А. Для повышения надежности БП контакты синхронно работающих групп соединены параллельно.

Блок питания собран в старом железном корпусе от системного блока PC на процессоре 80286. Это еще без радиаторов и обдувающих вентиляторов. Корпус небольшого размера, сделан из стали значительной толщины. Представляет собой сварную коробчатую раму и П-образную крышку. Маленькой УШМ удалось выпилить внутренние специализированные отсеки, металлическое основание для установки материнской платы впаял на свое место газовой горелкой. Это увеличило жесткость конструкции.

Главный радиатор для установки регулирующих элементов сделал самостоятельно из толстого алюминиевого листа с приклепанными отрезками такого же уголка. Скреплял алюминиевыми вытяжными заклепками, места соединений смазывались теплопроводной пастой КТП-8.

Штатная панель корпуса, будущая в конструкции лицевой, оказалась с вентиляционными проемами и отверстиями, пришлось делать фальшпанель. Пояснительные надписи, шкалы и.т.д. вычерчены в AutoCAD и распечатаны с фотографическим качеством на специальной плотной бумаге. Отверстия и проемы вырезаны скальпелем. Сверху лицевая панель прикрыта прозрачной панелью из органического стекла. Панель вырезана ножовкой по металлу, внутренние отверстия выпилены лобзиком по дереву, мелкие просверлены. Панели не имеют специального крепежа, все удерживается штатным крепежом установочных элементов.

Внутренние отверстия и проемы в панели из кровельной стали 0,5 мм выпилены ювелирным лобзиком, в штатной – бормашиной или тонким абразивным диском маленькой УШМ. Отверстия просверлены и расточены круглым напильником.

Выходные клеммы – минусовая привинчена прямо к металлическому корпусу, изнутри к ней припаян отрезок толстого луженого провода, куда сводятся все «земляные» концы. Плюсовая клемма удлинена и изолирована – к ней припаян отрезок винта М4 и сделан текстолитовый изолятор.

Части изолятора выпилены из пластины лобзиком по дереву и обточены на сверлильном станке.

Устройства средней сложности

Среднюю сложность изготовления имеют драйверы для светодиодов на 220В. Много времени может занять их настройка, требующая опыта по наладке. Такой драйвер извлечь можно из светодиодных ламп, прожекторов и светильников с неисправной светодиодной цепью. Большинство драйверов также возможно доработать, узнав модель ШИМ-контроллера преобразователя. Параметры на выходе обычно задаются одним или несколькими резисторами. В datasheet указывается уровень сопротивления, необходимый для получения нужного тока. Если установить регулируемый резистор, то на выходе количество Ампер будет настраиваемым (но без превышения указанной номинальной мощности).

Высокой популярностью на Китайских сайтах в 2016 году пользовался универсальный модуль XL4015. По своим характеристикам он подходит для подключения светодиодов с высокой мощностью (до 100 Ватт). Стандартный вариант корпуса данного модуля припаян к плате, выполняющей функции радиатора. Чтобы улучшить охлаждение XL4015, схема стабилизатора тока должна быть доработана с установкой радиатора на корпус устройства.

Многие пользователи просто ставят радиатор сверху, однако эффективность такой установки довольно низкая. Систему охлаждения лучше всего располагать внизу платы, напротив пайки микросхемы. Для оптимального качества ее можно отпаять и установить на полноценный радиатор, используя термопасту. Провода при этом потребуется удлинить. Дополнительное охлаждение можно установить и для диодов, что значительно повысит эффективность работы всей схемы.

Среди драйверов наиболее универсальным считается регулируемый драйвер. В цепи в данном случае устанавливается переменный резистор, который задает количество ампер на выходе. Эти характеристики обычно указываются в следующих документах:

• в спецификации на микросхему;
• в datasheet;
• в типовой схеме включения.

Без добавочного охлаждения микросхемы такие устройства выдерживают 1-3 А (в соответствии с моделью ШИМ-контроллера). Слабое место таких драйверов — нагрев диода и дросселя. Выше 3 А потребуется охлаждение мощного диода и ШИМ-контроллера. Дроссель при этом заменяют более подходящим либо перематывают толстым проводом.

Характеристики прибора

Собранный на основе микросхемы lm317, блок питания обладает следующими характеристиками:

• возможность регулировать параметр выходного напряжения начиная от 1,2 В и заканчивая 28 В;
• нагрузка по силе тока может составлять до 3 А. Но следует помнить, что меняя трансформатор, вы будете изменять и этот параметр.

Обратите внимание! Такой нагрузки вполне достаточно для того, чтобы проверять работоспособность самодельных электроконструкций.

При этом схема, применяемая в данном случае, будет достаточно простой и позволит собрать требуемый прибор человеку с минимальными познаниями в радиоэлектронике. В нее входят дешевые и распространенные детали, которые легко можно отыскать на рынке или в специализированных магазинах.

Примерный набор деталей

Если вы хотите создать регулируемый тип блока питания на микросхеме lm317 для изменения параметра напряжения и силы тока, вам понадобятся следующие детали:

• стабилизатор lm317;
• Tr1 — силовой трансформатор;
• Т1 — транзистор (тип КТ819Г);
• F1 — предохранитель с параметрами 0.5А и 250 В;
• D1 — диод 1N5400;
• Br1 — диодный мост;
• C1 — электролитический конденсатор (модель 3300 мкф*43В);
• C2 — керамический конденсатор (тип 0.1 мкф);
• C3 — электролитический конденсатор ( модель 1 мкф*43 В);
• LED1 — светодиод любого цвета;
• Р1 — построечное сопротивление на 4.7K;
• R1 – сопротивление на 18K;
• R2 — сопротивление на 220 Ом;
• R3 — сопротивление на 0.1 Ом*2Вт.

Стоит отметить, что в зависимости от того, какая схема планируется использоваться для сборки такого блока, будет меняться и возможный перечень необходимых в работе деталей.

Комплектующие и схема

Деталей нужно совсем немного:

• 2 резистора: постоянный, номиналом 200 Ом 2 Вт (лучше мощнее) и переменный настроечный 6,8 кОм 0,5 Вт;
• 2 конденсатора, напряжение в соответствии с требованиями, ёмкость – 1000…2200 мкФ и 100…470 мкФ;
• диодный мост или диоды, рассчитанные на напряжение от 100В и ток не менее 3..5 А;
• вольтметр и амперметр (диапазон измерений, соответственно, 0…30 В и 0…2 А) – сойдут аналоговые и цифровые, на ваш вкус.
• трансформатор с подходящими характеристиками – на выходе не более 25…26 В и ток не менее 1 А – по мощности лучше подобрать с хорошим запасом, чтобы не возникла перегрузка.
• радиатор с винтовым креплением и термопаста.
• корпус будущего блока питания, в который влезут все детали, и, что важно, с хорошей вентиляцией.
• опционально: винтовые зажимы, ручки регулировки, «крокодилы» для выводов, ну и прочая мелочёвка – тумблеры, индикаторы работы, предохранители, которые уберегут блок питания от серьёзных поломок и сделают работу с ним более удобной.

На всякий случай отдельно разъясним, почему напряжение трансформатора не более 25 В. При выпрямлении с использованием фильтрующего конденсатора напряжение на выходе повышается на корень из двух, то есть примерно в 1,44 раза. Таким образом, имея на выходе обмоток 25 В переменного тока, после диодного моста и сглаживающего конденсатора напряжение составит около 35–36 В постоянного тока, что довольно близко к пределу микросхемы. Помните об этом, когда будете выбирать конденсаторы и трансформатор!

Как видите, работы очень мало – распайка деталей может выполняться даже навесным монтажом, без ущерба качеству, при условии аккуратного изолирования всех контактов и живучести блока питания.

После сборки не торопитесь подключать к блоку нагрузку – сначала проверьте напряжение питания на выходе диодного моста, а потом запустите блок на холостом ходу и пальцем проверьте температуру стабилизатора – он должен быть прохладным. После подключите питание от блока к какой-нибудь нагрузке и проверьте показания напряжения на выходе – они не должны меняться.

Простой регулируемый источник питания

Первая схема — типовое подключение обвязки LM338. Схема обеспечивает регулируемое выходное напряжение от 1,25 до максимума подаваемого входного напряжения, которое не должно быть более 35 вольт.

Переменный резистор R1 используется для плавного регулирования выходного напряжения.

Простой 5 амперный регулируемый источник питания

Эта схема создает выходное напряжение, которое может быть равно напряжению на входе, но ток хорошо изменяется и не может превышать 5 ампер. Резистор R1 точно подобран таким образом, чтобы поддерживать безопасные 5 ампер предельного тока ограничения, которые могут быть получены из цепи.

Регулируемый источник питания на 15 ампер

Как уже было сказано ранее микросхема LM 338 в одиночку может осилить только 5А максимум, однако, если необходимо получить больший выходной ток, в районе 15 ампер, то схема подключения может быть модифицирована следующим образом:

В данном случае используются три LM338 для обеспечения высокой токовой нагрузки с возможностью регулирования выходного напряжения.

Переменный резистор R8 предназначен для плавной регулировки выходного напряжения

Источник питания с цифровым управлением

В предыдущей схеме источника питания, для осуществления регулировки напряжения использовался переменный резистор. Ниже приведенная схема позволяет посредством цифрового сигнала подаваемого на базы транзисторов получать необходимые уровни выходного напряжения.

Величина каждого сопротивления в цепи коллектора транзисторов подобрана в соответствии с необходимым выходным напряжением.

Схема контроллера освещения

Кроме питания, микросхема LM338 также может быть использована в качестве светового контроллера. Схема показывает очень простую конструкцию, где фототранзистор заменяет резистор, который используется в качестве компонента для регулировки выходного напряжения.

Лампа, освещенность которой необходимо держать на стабильном уровне, питается от выхода LM338. Ее свет падает на фототранзистор. Когда освещенность возрастает сопротивление фоторезистора падает и выходное напряжение уменьшается, а это в свою очередь уменьшает яркость лампы, поддерживая ее на стабильном уровне.

Зарядное устройство 12В на LM338

Следующую схему можно использовать для зарядки 12 вольтовых свинцово-кислотных аккумуляторов. Резистором RS можно задать необходимый ток зарядки для конкретного аккумулятора.

Путем подбора сопротивления R2 можно скорректировать необходимое выходное напряжение в соответствии с типом аккумулятора.

Схема плавного включения (мягкий старт) блока питания

Некоторые чувствительные электронные схемы требуют плавного включения электропитания. Добавление в схему конденсатора С1 дает возможность плавного повышения выходного напряжения до установленного максимального уровня.

Схема термостата на LM338

LM338 также может быть настроен для поддержания температуры обогревателя на определенном уровне.

Здесь в схему добавлен еще один важный элемент — датчик температуры LM334. Он используется как датчик, который подключен между adj LM338 и землей. Если тепло от источника возрастает выше заданного порога, сопротивление датчика понижается, соответственно, и выходное напряжение LM338 уменьшается, впоследствии уменьшая напряжение на нагревательном элементе.