Эффективный лабораторный блок питания высокой мощности

Автор: Денисова Жанна Викторовна

Организация: МОУ СОШ № 1

Населенный пункт: Марий Эл Республика, г. Йошкар-Ола

На сегодняшний день известно большое количество устройств, питающихся от различной величины тока и напряжения. Лабораторный блок питания – один из основных приборов в арсенале радиотехника и электронщика. Он необходим при сборке и отладке практически любого электронного устройства.

Цель работы: Разработать и изготовить мощный лабораторный блок питания с максимальным выходным напряжением 36 В и максимальным выходным током 10 А .

Для этого необходимо решить следующие задачи: 1. Ознакомиться с теоретической литературой посвященной описанию блоков питания. 2. Произвести расчет физических величин лабораторного блока питания под заданные цели. 3. Разработать собственный проект блока питания и подобрать регулируемый стабилизатор напряжения.

Одним из первых изобретателей в области источников питания был А. Вольта  в  начале  19  века.  В  1876  году  изобретен  трансформатор,  патент  на который получил П.Н. Яблочков. Конец 19 века известен открытиями Н. Теслы –генератор переменного тока, и К.Ф. Брауна –выпрямитель на кристалле (диод). Уже в начале 20 века открыта электронная лампа Д.А. Флемингом. Тем самым данные  открытия  послужили  появлению  нового  направления  в  физике –электроники,  основным  объектом  которой  является  создание  устройств преобразование электромагнитной энергии для различных целей. Для работы электронных приборов и устройств необходимы источники питания, которые подразделяются на первичные и вторичные.

Одно из устройств, которое постоянно требует усовершенствования  на  базе  постоянно  развивающихся  материалов  и технологий – блок  питания.  На  сегодняшний  все  устройства  работают  от постоянного тока, преобразуя переменный.

Первый вид БП –трансформаторные. Он преобразует напряжение сети 220 В, частотой 50-60 Гц в напряжение постоянного тока. Как правило, они состоят  из  трансформатора,  выпрямителя  и  сглаживающего  фильтра,  где последний может быть заменен на стабилизатор напряжения.

Второй вид –импульсные блоки питания, впервые появились в 1940-х годах. Для блоков питания в 1976 году была разработана интегральная схема и уже на сегодняшний день существуют самые различные по напряжению и току и мощности в целом блоки питания. Данный аспект подводит к тому, что разнообразие устройств и приборов на столько велико, что необходимо иметь сразу большое множество питающих устройств.

Эту проблему решает регулируемый блок питания. Однако, потребляемая мощность новых устройств со временем меняется в сторону увеличения и появляются импульсные лабораторные блоки питания с актуальными  характеристиками. Отмечается высокая стабильность, многоцелевое назначение: от зарядки аккумуляторов до питания электролизера.

Схема обмоток трансформатора ТС 160-3:

Схема блока питания:

По схеме обмоток трансформаторов и характеристикам  транзисторного регулятора напряжения регулируемое напряжение составляет 1,2 – 36 В.

Закон Ома:  . Максимальная сила тока в данном приборе составляет 10 А.

Полная мощность:  . Полная мощность составляет 423,52 В·А.

Активная мощность:  . Максимальная выдаваемая активная мощность составляет 360 Вт.

КПД:     . Коэффициент составляет 0,85 или 85%.

Параметр защиты  плавкого предохранителя:  . Остановимся на 20 амперном плавком предохранителе.

Электроёмкость конденсатора:  . В приборе параллельное соединение конденсаторов даёт электроёмкость 22000 μФ  и максимальное напряжение до 50 В.

 Максимальное напряжение диодного моста . Оно составляет до 42,241 В. Исходя из этого максимальное напряжение конденсатора составляет 50 В.

Создание блока питания постоянного тока своими руками - это решение комплекса задач, начиная с проектирования с дальнейшим конструированием, моделированием и заканчивая испытанием созданного прибора. Основные комплектующие – трансформаторы, они соединены параллельно.

Параллельная работа трансформаторов – подключение трансформаторов на совместную работу, при таком подключении соединяются между собой одноименные выводы обмоток со стороны высокого напряжения и выводы обмотки сторон низкого напряжения. При включении трансформаторов на параллельную работу напряжение остается постоянным, а силы тока складываются, что даёт высокую мощность.

В схему блока питания включен транзисторный регулятор напряжения с максимальным током нагрузки  20 А. Регулировка осуществляется при помощи переменного резистора. Ручка резистора вынесена на переднюю панель прибора. Также в схему включены диодный мост и конденсатор для выпрямления и стабилизации тока. Создан трансформаторный блока питания со стабилизатором напряжения на основе двух трансформаторов ТС 160-3. Для увеличения мощности блока питания применено параллельное подключение двух трансформаторов одинакового типа. В качестве стабилизатора напряжения выполнена схема на стабилитроне TL 431.

В корпусе в итоге стоит расположить два трансформатора ТС 160-3, регулируемый стабилизатор напряжения, вольтамперметр с питанием 6 в от дополнительного источника питания, конденсаторы, диодный мост, разъемы для подключения нагрузки красного и черного цвета, предохранитель, разъем для подключения 220 В и тумблер включения сети. Выводы обмоток трансформаторов соединяются при помощи медных изолированных проводов, место пайки изолируется при помощи термоусадочной трубки. Все детали монтируются согласно схеме блока питания.

Подобный прибор получится недорогой, эффективный и безопасный. Он прост в изготовлении и поэтому его промышленное изготовление не представляет труда. Его можно использовать как паяльную станцию в мастерской, т.к. мощности достаточно для работы 2-3 паяльников, или в качестве лабораторного блока питания для различных приборов. Лабораторный блок питания получился функциональным и соответствующим самым жестким требованиям, предъявляемым к самодельному лабораторному блоку питания.

 

Список литературы:

1. Демянчук Я.И. Разработка лабораторного блока питания // Международная научно-практическая конференция молодых исследователей им. Д.И. Менделеева: материалы конференции. Изд-во: ТИУ (Тюмень). – 2016. –С. 421–424.

2. Сухов Н. Лабораторный блок питания / Радио. – №11, 1980.– С.46-48.

3. Лабораторный блок питания с управлением от микроконтроллера URL: http://avr.ru/ready/contr/power/power (дата обращения: 01.11.17).

4. А. А. Афонский, В. П. Дьяконов. 2.1.9 Лабораторные источники постоянного напряжения и тока // Измерительные приборы и массовые электронные измерения / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. — М.: Солон-пресс, 2010. — С. 71-73. — 544 с.

5. Автотрансформаторы. Лабораторный автотрансформатор и регулятор напряжения школьный // Электротехника в 2 ч. Часть 1 Учебное пособие для СПО / под ред. Ю. Л. Хотунцева. — 3-е изд.. — М.: Юрайт, 2021-09-04. — С. 117.

Опубликовано: 11.08.2024