При занятиях радиолюбительством порой нужен источник питания с возможностью регулировкой выходного напряжения, а также с ограничением тока дабы не сжечь испытуемое устройство.
Самих регуляторов напряжения сейчас навалом: это как и полностью транзисторные схемы, микросхемы линейных регуляторов (Типа LM317), так и импульсные стабилизаторы. Вообщем вариантов много. Лично у меня завалялась LM2596-ADJ, поэтому в качестве регулировки напряжения будем использовать её (рис. 1).
Даташит немного странноватый местами (Оформление схем напрягает), но жить можно. R1 и R2 образуют делитель напряжения, при достижении на выводе 4 микросхемы 1.23 В она выключается. Т.е. делителем задаётся напряжение стабилизации схемы. Если заменить один из резисторов на переменный, то получится регулируемый стабилизатор. На его вход можно подавать напряжение до 40В, в моём случае я использовал БП на 12В, таким образом получается диапазон регулировки от 1 до 11.5 В (Учитываем падение напряжение на транзисторе микросхемы). Для большинства задач такого БП хватит: подключение ардуинок, некоторых низковольтных схем при отладке и тд. Схема из Easy EDA этого узла приведена на рисунке 2.
Как я не пытался найти сильные различия между LM2596 и LM2576, я так их и не нашёл. Короче говоря они полные аналоги. Всё равно эксплуатировать их на токе более 2А я не рекомендую. Диод в схеме стоит сдвоенный на 40 А - ну просто их у меня целый мешок, поэтому почему бы и нет =). R1 - переменный на 10 кОм.
Следующим этапом необходимо собрать схему ограничения тока. Вариантов здесь два: выключать микросхему принудительно по превышению тока или регулировать ток линейно. В первом случае получим много помех по питанию, во втором - греющийся транзистор. Т.к. всё же режим ограничения тока больше защитный элемент, то второй вариант предпочтительнее, хотя если сделать хороший фильтр по питанию, то и первый вариант тоже нормальный. В любом случае потребуется схема для измерения этого самого тока.
В самом простом случае измерение тока можно производить по падению напряжения на резисторе-шунте (рис. 3).
Как известно по закону Ома при протекании тока через сопротивление на нём падает напряжение, а также выделяется тепло. Чтобы тепла выделялось как можно меньше: шунт обладает как можно меньшим сопротивлением, например 0.33 Ом или 0.1 Ом. У меня в запасах завалялся шунт на 0.1 Ом и 2Вт, его и применим.
Для измерения тока и его регулировки применим операционный усилитель (ОУ) (рис. 4).
Далее приведём схему ограничения тока с использованием ОУ (рис. 5):
Резисторы R4 и R5 образуют делитель напряжения, R5 имеет номинал 5 кОм. Напряжения с делителя идёт на неинвертирующий вход ОУ, на инвертирующий вход идёт напряжение с шунта. Резистор R10 не обязателен и в данном случае играет роль перемычки на плате. Транзистор Q1 - любой МОСФЕТ, который сможет рассеять мощность БП в случае глухого короткого замыкания. Диод D2 является защитой от всплесков ЭДС: в случае подключения к выходу нашего блока питания индуктивной нагрузки, например, мотора постоянного тока или реле. Для более подробного пояснения работы схемы отправимся в симулятор.
Вообще в данной схеме ОУ можно представить как компаратор: Если на входе "+" напряжение больше, чем на входе "-", то имеем логическую "1", если "+" = "-", то "0", ну и "+" < "=": "-1". Да, ОУ может выдать и отрицательное напряжение, но только в случае двуполярного питания, а у нас питание однополярное, поэтому ОУ опять же выдаст "0". Это очень грубо и приближённо, на самом деле тут есть отрицательная обратная связь через транзистор, поэтому изменение напряжения на затворе транзистора будет плавным, а следовательно транзистор будет работать в линейном режиме, что приведёт к его нагреву. Тестовая схема в симуляторе приведена на рисунке 6.
Полученная таким образом зависимость тока от напряжения на R2 показана на рисунке 7. Как видно ограничение тока работает верно.
Преимуществом использования полевого транзистора в этой схеме заключается в том, что в случае работы при токах ниже порога ограничения, на транзистор поступает 11.5 В, что полностью открывает его, а это значит он обладает крайне низким сопротивлением и не греется от слова совсем. Таким образом - эта схема является простым защитным механизмом от ахтунга, а также позволяет заряжать аккумуляторы и тестировать светодиоды, так как в таком случае ток не слишком велик, то и нагрев транзистора будет не существенным.
Для красивости можно сделать индикацию о превышении выставленного тока, для этого достаточно задействовать второй ОУ (рис. 8):
При снижении напряжения на затворе транзистора ОУ выдаст сигнал на светодиод. Вот и всё индикация готова, разве что придётся опять же подбирать номиналы делителя, так как входное питание хоть и стабильно (Импульсный блок питания), но всё же отличается от теоретических 12 В.
Теперь рассмотрим всю схему целиком (рис. 9).
Самая верхняя часть - самая простая и собрана полностью из даташита на микросхему. А вот со схемой ограничения тока придётся немного повозится: максимальное падение на шунте вычисляется по закону Ома из максимального тока, в нашем случае 2 А, а значит 0.2В. Следовательно при величине R5 = 5 кОм (максимальный поворот ручки резистора) делитель R4 и R5 должен выдавать примерно 0.2В. После нехитрых вычислений по формулам из интернета получим, что R4 должен быть 300 кОм.
Также помимо самой схемы ограничения тока потребуется отладить и индикатор, мне пришлось немного увеличить сопротивление R7, так как мой БП, от которого питается стабилизатор выдавал всего 11.8 В.
Для проекта была разведена небольшая платка (Ну для меня небольшая, с гигантоманией у меня есть проблемы =) ):
После пайки и сборки в первый попавшийся под руку корпус получилось что-то такое:
Проект был дачным, поэтому оно паялось дедовским паяльником на 60 Вт, в принципе даже СМД получилось запаять, хотя это было геморно =).
После проверки работоспособности платы после установки в коробок, коробок можно закрыть и больше туда не заглядывать =).
Вольтметр был на 6 В, но после нехитрых манипуляций он стал на 12В. В принципе блочёк питания получился неплохим и достаточно удобным, пульсаций замечено за ним не было. Хотя я конденсатор на 470 мкФ не нашёл, зато нашёл бочёнок на 1000 мкФ с почти нулёвым ESR, может поэтому пульсаций нет =), по крайней мере в пределах нагрузки 2А.
Вывод: для того чтобы сделать простой регулируемый блок питания не нужно покупать кучу китайских модулей или просто копировать схемы из интернета, порой достаточно немного подумать и сделать схему самому, пусть не самую лучшую, но при этом будут получены некоторые знания, да и радиолюбительство - это всё же не простое копирование проектов из интернета, а некоторый вид творчества, а творчество всё же должно быть индивидуальным. И схема в этой статье - не призыв к повторению, а больше источник идеи, ведь можно вместо импульсного стабилизатора поставить мощный линейный регулятор и получить уже полноценный ЛБП, также можно на паре логических элементах и компараторе сделать и защиту от перегрева, которой в данной схеме нет.
P.s. Я не писатель и не блогер, но люблю делиться схемами с другими, ведь кому-то она может понадобиться =).
