Какой лучше купить лабораторный блок питания. Лабораторный блок питания своими руками. Разновидности лабораторных блоков питания

Краткое вступление

На рынке лабораторных блоков питания предлагается множество серий от различных производителей. Одни модели привлекают низкой ценой, другие внушительным видом передней панели, третьи разнообразием функций. Поэтому правильный выбор такого распространённого прибора становится непростой задачей. При этом тщательное сравнение характеристик и возможностей моделей различных производителей может не дать ответа на главный вопрос: какой лабораторный блок питания выбрать для моих задач?

В этой статье, полагаясь на свой опыт работы, мы расскажем о простых критериях выбора оптимального лабораторного блока питания, их разновидностях, отличиях и преимуществах. После этого, мы рассмотрим несколько типовых задач и предложим для каждой из них модели блоков питания, выбрав которые Вы сможете эффективно работать и сбережёте свои деньги, время и нервы.

Разновидности лабораторных блоков питания

Для начала, давайте разберёмся с существующими названиями. Чем отличается лабораторный блок питания от просто блока питания? Или в чём отличие блока питания от источника питания? Вот простые определения:

1. Лабораторным блоком питания называют прибор, который предназначен для формирования регулируемого напряжения или тока по одному или нескольким каналам. Лабораторный блок питания содержит дисплей, элементы управления, защиту от неправильного использования, а также полезные дополнительные функции. Весь материал на этой странице посвящён именно таким приборам.
2. Лабораторный источник питания - это то же самое, что и лабораторный блок питания.
3. Просто блоком питания называют электронное устройство, которое предназначено для формирования заранее заданного напряжения по одному или нескольким каналам. Блок питания, как правило, не имеет дисплея и кнопок управления. Типичный пример - это компьютерный блок питания на несколько сотен ватт.
4. Источники питания бывают двух типов: первичные источники питания и вторичные источники питания. Первичные источники электропитания преобразуют неэлектрические виды энергии в электрическую. Примеры первичных источников: электрическая батарейка, солнечная батарея, ветрогенератор и другие. Вторичные источники электропитания преобразуют один вид электрической энергии в другой для обеспечения необходимых параметров напряжения, тока, частоты, пульсаций и т.д. Примеры вторичных источников питания: трансформатор, AC/DC преобразователь (например, компьютерный блок питания), DC/DC преобразователь, стабилизатор напряжения и т.д. Кстати, лабораторный блок питания - это одна из разновидностей вторичного источника электропитания.

Теперь подробно обсудим разновидности и главные характеристики лабораторных блоков питания:
1. По принципу работы : линейные или импульсные.
2. Диапазон напряжения и тока : фиксированный или с автоматическим ограничением мощности.
3. Количество каналов : одноканальные или многоканальные.
4. Изоляция каналов : с гальванически изолированными каналами или с неизолированными.
5. По мощности : стандартные или большой мощности.
6. Наличие защиты : от перегрузки по напряжению, по току, от перегрева и другие.
7. Форма выходного сигнала : постоянное напряжение и ток или переменное напряжение и ток.
8. Варианты управления : только ручное управление или ручное плюс программное управление.
9. Дополнительные функции : компенсация падения напряжения в проводах подключения, встроенный прецизионный мультиметр, изменение выхода по списку заданных значений, активация выхода по таймеру, имитация аккумулятора с заданным внутренним сопротивлением, встроенная электронная нагрузка и другие.
10. Надёжность : качество элементной базы, продуманность дизайна, тщательность выходного контроля.

Рассмотрим каждую из этих характеристик подробнее, поскольку все они важны для правильного и обоснованного выбора лабораторного блока питания.

Принцип работы: линейный и импульсный

Линейный блок питания (его ещё называют трансформаторный блок питания) строится на базе большого низкочастотного трансформатора, который понижает входное напряжение 220 В, 50 Гц до нескольких десятков вольт с частотой также 50 Гц. После этого, пониженное синусоидальное напряжение выпрямляется с помощью диодного моста, сглаживается группой конденсаторов и понижается линейным транзисторным стабилизатором до заданного уровня. Достоинство такого принципа работы в отсутствии высокочастотных переключающих элементов. Выходное напряжение линейного источника питания точное, стабильное и не содержит высокочастотных пульсаций. На этой фотографии показана внутренняя конструкция линейного лабораторного блока питания ITECH IT6833 , на которой цифрами отмечены: главный трансформатор (1) и сглаживающие конденсаторы (2).

Основные элементы линейного лабораторного блока питания IT6833 с макс. мощностью 216 Вт.

2 - группа сглаживающих конденсаторов.

Однако, у линейного блока питания есть немало недостатков. Основной из них - большие потери энергии на транзисторном стабилизаторе, который преобразует в тепло всё избыточное напряжение, поступающее на него со схемы выпрямления. Например, если выходное напряжение блока питания установлено равным 5 В, а выпрямленное напряжение вторичной обмотки равно 25 В, то на транзисторном стабилизаторе будет рассеиваться в 4 раза больше мощности, чем будет поступать в нагрузку. То есть, у линейного блока питания низкий коэффициент полезного действия (КПД), обычно менее 60%. Как следствие низкого КПД, получаем небольшую полезную мощность и повышенную массу. Для улучшения ситуации, в реальных приборах используется несколько вторичных обмоток трансформатора, но полностью проблему низкого КПД это всё равно не решает.

Поэтому серийно выпускаемые линейные лабораторные блоки питания обеспечивают мощность на нагрузке до 200 Вт при массе прибора от 5 до 10 кг. Есть ещё две проблемы, про которые редко говорят. Хотя сам линейный блок питания не создаёт высокочастотных помех, они всё равно легко могут проникать из сети питания 220 В через емкостную связь первичной и вторичной обмоток главного трансформатора. В дорогих моделях применяют конструктивные решения для борьбы с этим эффектом, например ферритовые фильтры, но помехи из сети питания всё равно могут появиться на выходе прибора и про эту особенность надо помнить. Если Вам необходимо максимально чистое постоянное напряжение, то есть смысл использовать дополнительный качественный сетевой фильтр перед лабораторным блоком питания. Вторая проблема - это деградация (высыхание) группы сглаживающих конденсаторов, особенно в дешёвых моделях. При значительном снижении ёмкости группы сглаживающих конденсаторов, на выходе блока питания появятся провалы напряжения с частотой 100 Гц.

Импульсный блок питания основан на принципе заряда сглаживающих конденсаторов импульсами тока. Импульсы тока формируются с помощью подключения и отключения индуктивного элемента, в качестве которого может выступать обмотка трансформатора или отдельный индуктивный компонент. Переключение выполняется с помощью транзисторов, специально оптимизированных для этой цели. Частота формируемых таким образом импульсов тока обычно находится в пределах от десятков кГц до сотен кГц. Регулировка выходного напряжения чаще всего выполняется изменением глубины широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Существует много вариантов реализации этого принципа, но все они обеспечивают два главных преимущества. Первое - это высокий КПД, обычно более 80%, иногда более 90%. Высокий КПД достигается за счёт того, что глубину ШИМ можно очень плавно изменять, а значит в сглаживающие конденсаторы можно закачивать ровно столько энергии, сколько потребляет нагрузка блока питания. Второе преимущество - небольшие размеры и маленькая масса. Высокая частота, на которой работает импульсный блок питания, позволяет использовать конденсаторы значительно меньшей ёмкости (если сравнивать с линейным блоком питания на 50 Гц). Остальные элементы также значительно компактнее и легче, а высокий КПД снижает выделяемое внутри блока питания тепло, что также уменьшает размеры конструкции.

На этой фотографии показана внутренняя конструкция импульсного лабораторного блока питания ITECH IT6942A , на которой цифрами отмечены: главный трансформатор (1) и импульсный преобразователь (2). Обратите внимание, что корпус этого прибора точно такого же размера как у линейной модели на предыдущей фотографии, а мощность в 1,7 раза выше.

Основные элементы импульсного лабораторного блока питания IT6942A с макс. мощностью 360 Вт.
1 - входной трансформатор, обеспечивающий понижение напряжения и развязку от сети питания.
2 - импульсный преобразователь, обеспечивающий высокий КПД.

Главный недостаток импульсных блоков питания - это высокочастотные пульсации выходного напряжения. Конечно, их сглаживают, фильтруют, но какой-то уровень пульсаций всё равно остаётся. Причём, чем больше нагружен блок питания, тем больше амплитуда пульсаций. В хороших, качественных импульсных блоках питания удаётся снизить пульсации до уровня 10 - 20 мВ. Второй, не такой очевидный, недостаток - это радиочастотные наводки и их гармоники, источником которых служат периодические импульсы тока, формируемые внутри блока питания. Такие наводки достаточно трудно экранировать. Если Вы работаете с радиочастотными схемами, то используйте линейный блок питания или качественный импульсный, расположенный подальше от радиоустройства, с которым Вы работаете.

Диапазон значений напряжения и тока

У современных лабораторных блоков питания бывает два типа диапазонов выходных напряжений и токов: фиксированный и с автоматическим ограничением выходной мощности.

Фиксированный диапазон встречается у большинства недорогих лабораторных блоков питания. Такие блоки питания могут выдать любую комбинацию напряжения и тока в пределах своих максимальных значений. Например, одноканальный лабораторный блок питания на 40 В и 15 А может поддерживать на нагрузке напряжение 40 Вольт даже при токе потребления 15 Ампер. При этом, потребляемая нагрузкой мощность составит: 40 В * 15 А = 600 Вт. Всё просто и понятно, но с таким прибором Вы не сможете установить напряжение больше 40 В и ток больше 15 А.

Автоматическое ограничение выходной мощности существенно расширяет диапазон лабораторного блока питания по напряжению и току. Например, модель ITECH IT6952A с такой же максимальной мощностью 600 Вт, может формировать напряжение до 60 В и ток до 25 А в любых комбинациях, при которых выходная мощность ограничена значением 600 Вт. Это значит, что Вы сможете выдать в нагрузку не только 40 В при токе 15 А, а также 60 В при токе 10 А, 24 В при токе 25 А и много других комбинаций. Если сравнивать с лабораторным блоком питания на 600 Вт с фиксированным диапазоном, то очевидно, что лабораторный блок питания с автоматическим ограничением выходной мощности значительно универсальнее и может заменить несколько более простых приборов. На этом рисунке показан диапазон возможных напряжений и токов, которые обеспечивает модель ITECH IT6952A.

Поскольку размеры, масса и цена лабораторного блока питания в основном зависят не от напряжения и тока, а от максимальной мощности, то есть смысл всегда выбирать модель с автоматическим ограничением выходной мощности. Это обеспечит универсальность решения за те же деньги.

Количество каналов

Лабораторные блоки питания выпускаются с одним, двумя или тремя выходными каналами. Здесь мы рассмотрим основные моменты их использования, а про гальваническую изоляцию каналов рассказывается дальше на этой странице .

Большинство лабораторных блоков питания имеют один выходной канал, особенно это касается мощных устройств. Практически все модели с мощностью более 500 Вт имеют один канал. Поэтому часто задают вопрос: можно ли объединять несколько одноканальных приборов? Можно, но есть особенности. Первое, что надо учитывать, когда Вы включаете последовательно несколько импульсных блоков питания: частоты переключения даже однотипных блоков питания будут слегка отличаться. Это будет создавать повышенные пульсации на выходе. Также есть вероятность резонансных эффектов, при которых уровень пульсаций будет периодически резко возрастать.

Второй момент - это соединение "+" и "-" двух приборов для формирования биполярного напряжения для питания транзисторных усилителей, АЦП и подобных устройств. Кроме повышенных пульсаций, будет сложно обеспечить одновременное включение и выключение сразу двух напряжений и их синхронную регулировку. Третий момент - последовательное соединение нескольких высоковольтных источников напряжения может превысить порог пробоя их изоляции. Как результат: возгорание и другие опасные последствия.

Учитывая сказанное, становится понятно, что для схем, в которых предусмотрено несколько питающих напряжений, лучше использовать двухканальные или трёхканальные лабораторные блоки питания, которые специально для этого предназначены. А для генерации высоких напряжений, лучше использовать специальные высоковольтные модели, например модель ITECH IT6726V с напряжением до 1 200 В или модель ITECH IT6018C-2250-20 с напряжением до 2 250 В.

Для примера, на этой фотографии показан типичный двухканальный лабораторный блок питания ITECH IT6412 .

Типичный двухканальный лабораторный блок питания ITECH IT6412.

Изоляция каналов

Гальваническая изоляция (её также называют электрической изоляцией) каналов лабораторного блока питания обеспечивает полную независимость напряжения и тока любого из каналов относительно напряжения и тока остальных каналов, а также сети питания. Внутри такого блока питания, для каждого из каналов, предусмотрена отдельная обмотка трансформатора. В хороших моделях напряжение пробоя между каналами превышает 200 Вольт. На практике это означает, что можно свободно подключать каналы друг к другу по последовательной схеме, а также менять "+" и "-".

В электронных устройствах, содержащих цифровую и аналоговую части, обычно используют два отдельных контура питания. Это делается для того, чтобы снизить проникновение шума цифровой шины питания в чувствительную аналоговую часть. Поэтому, при разработке и настройке таких устройств надо использовать лабораторный блок питания с гальванически изолированными каналами. Самым универсальным решением являются трёхканальные модели, например Keithley 2230 или ITECH IT6300B . С помощью такого прибора можно запитать аналоговую часть схемы двухполярным питанием (используются первые два канала), а на цифровую часть подать питание от третьего канала.

Ещё один тип устройств, при работе с которыми необходим лабораторный блок питания с изолированными каналами - это устройства, которые сами содержат изолированные части. Изоляция частей таких устройств обычно выполняется с помощью опторазвязок или специальных трансформаторов. Классический пример - это электрокардиограф, у которого чувствительная измерительная аналоговая часть, подключаемая к пациенту, должна выполнять две задачи: точное измерение электропотенциалов, формируемых сердечной мышцей (а это уровень нескольких милливольт) и безопасность самого пациента от поражения электрическим током.

На этой фотографии показана схема подключения модели Keithley 2230G-30-1 к основным узлам кардиографа. Первый канал используется для питания блока очень чувствительного измерителя, находящегося за опторазвязкой, второй канал используется для питания блока первичной обработки сигналов, а третий канал с низким напряжением и большим током питает основную схему цифровой обработки и отображения сигналов. Из-за того, что все три канала модели Keithley 2230G-30-1 полностью изолированы друг от друга, питаемый таким образом кардиограф работает в штатном режиме и исключается влияние одних блоков на другие из-за помех, проходящих по цепям питания.

Пример использования трёх изолированных каналов Keithley 2230G-30-1 для подачи питания на три независимые части медицинского оборудования.

Мощность

По полезной мощности, отдаваемой в нагрузку, все лабораторные блоки питания постоянного тока можно разделить на стандартные (до 700 Вт) и большой мощности (700 Вт и более). Такое деление не случайно. Модели стандартной и большой мощности довольно сильно отличаются по функциональным возможностям и области применения.

В моделях стандартной мощности максимальное напряжение обычно находится в диапазоне от 15 В до 150 В, а максимальный ток от 1 А до 25 А. Количество каналов: один, два или три. Есть как линейные, так и импульсные модели. Конструктивное исполнение: стандартный приборный корпус для размещения на лабораторном столе. Масса от 2 до 15 кг. Типичный пример: серия Tektronix PWS4000 . В основном, возможности таких приборов нацелены на разработку и ремонт электронной аппаратуры, хотя область их применения значительно шире.

С другой стороны, модели большой мощности всегда одноканальные и импульсные. Модели до 3 кВт выпускаются в приборном или стоечном исполнении (типичный пример: серия ITECH IT6700H), а модели с мощностью 3 кВт и более мощные, монтируются только в промышленную стойку и отличаются значительной массой и габаритами. Например, масса модели на 18 кВт из серии ITECH IT6000C составляет 40 кг.

Большая мощность выдвигает повышенные требования к конструкции: наличие "умных" вентиляторов охлаждения, полный набор защит (от перегрузки, перегрева, смены полярности и пр.), возможность параллельного включения нескольких блоков для наращивания выходной мощности, поддержка специальных форм выходных сигналов (например, автомобильных стандартов DIN40839 и ISO-16750-2).

Для этой категории приборов является обязательной поддержка удалённого программного управления через один из интерфейсов: Ethernet, IEEE-488.2 (GPIB), USB, RS-232, RS-485 или CAN, так как они часто используются в составе автоматизированных комплексов. Также, некоторые серии (например IT6000C), могут регулировать своё выходное сопротивление в диапазоне от нуля до нескольких Ом, что очень полезно при имитации работы аккумуляторов и солнечных панелей. Кроме того, некоторые мощные модели могут содержать встроенную электронную нагрузку , что позволяет им не только генерировать ток, но и потреблять его.

Лабораторные блоки питания большой мощности используются в автомобильной промышленности, в альтернативной энергетике, при гальванической обработке металлов и во многих других отраслях, где необходимо формировать напряжения до 2 250 Вольт и токи до 2 040 Ампер.

Характеристики всех лабораторных блоков питания, отсортированных по мере увеличения максимальной мощности, смотрите . А на этой фотографии Вы можете увидеть мощные выходные клеммы шестикиловаттной модели IT6533D , которая состоит из двух модулей по 3 кВт каждый, включенных параллельно. Равномерное распределение выходной мощности между модулями обеспечивается с помощью отдельной шины синхронизации System BUS (серый кабель слева).

Защита от неправильного использования

Когда выбирают лабораторный блок питания, в первую очередь обращают внимание на цену и максимальное значение напряжения и тока. Но наличие качественной защиты - это тоже очень важно, так как позволяет защитить не только блок питания, но и подлюченное к нему оборудование. В этом разделе мы расскажем о типах защит, которыми оснащаются серийные лабораторные блоки питания и рассмотрим несколько сопутствующих моментов.

Защита от перегрузки по току (сокращённо OCP - Over Current Protection) должна мгновенно срабатывать при превышении выходным током заданного значения, что может произойти, например, при коротком замыкании выходных клемм блока питания. Такой тип защиты есть в большинстве хороших моделей. Но важно не только само наличие защиты, также важна скорость её срабатывания. В зависимости от реализации, защита от перегрузки по току может: полностью отключить выход блока питания от нагрузки, ограничить выходной ток заданным пороговым уровнем или перейти в режим стабилизации выходного тока (CC - Constant Current), сохранив то значение тока, которое было до перегрузки. В этом коротком видео показано как срабатывает защита маломощного лабораторного блока питания ITECH IT6720 при коротком замыкании его выходов.

Демонстрация срабатывания защиты от перегрузки по току при коротком замыкании.

Защита от перегрузки по напряжению (сокращённо OVP - Over Voltage Protection) срабатывает при превышении уровня напряжения на выходных клеммах блока питания заданного значения. Такая ситуация может возникать при работе на нагрузку с повышенным сопротивлением в режиме стабилизации тока. Или при попадании на клеммы лабораторного блока питания внешнего напряжения. Ещё одно применение этого типа защиты - это ограничение выходного напряжения блока питания на безопасном для подключенного оборудования уровне. Например, при питании цифровой схемы с напряжением 5 Вольт, есть смысл в настройках блока питания установить 5,5 Вольт в качестве порога срабатывания защиты.

Защита от перегрузки по мощности (сокращённо OPP - Over Power Protection) есть во всех моделях с автоматическим ограничением выходной мощности . Задача этой защиты - ограничить максимальную мощность, которую лабораторный блок питания отдаёт в нагрузку, для того, чтобы силовые компоненты блока питания работали в штатном режиме и не перегревались. Если при работе в режиме стабилизации выходного напряжения (CV - Constant Voltage) будет превышен ток потребления, то прибор автоматически перейдёт в режим стабилизации выходного тока (CC - Constant Current) и начнёт снижать напряжение на нагрузке.

Защита от перегрева (сокращённо OTP - Over Temperature Protection) срабатывает при повышенном нагреве силовых компонентов блока питания, находящихся внутри корпуса. В простых моделях используется один датчик температуры, который просто впаян в плату управления. Он отслеживает среднюю температуру внутри корпуса и не способен быстро реагировать на опасный нагрев силовых элементов. В хороших моделях используется несколько датчиков, расположенных прямо в точках максимального выделения тепла. Такая реализация обеспечивает гарантированную защиту прибора, даже при быстром локальном перегреве. Обычно в хороших моделях защита от перегрева работает совместно с вентиляторами охлаждения с изменяемой частотой вращения. Чем больше тепла выделяется внутри прибора, тем выше скорость вращения вентиляторов. Если внутренняя температура всё-таки приблизится к критической, то будет выдано предупреждение (звуковое и надпись на экране), а если произойдёт превышение, то лабораторный блок питания автоматически выключится.

Также в лабораторных блоках питания встречаются такие виды защиты: от смены полярности (реверса), от пониженного напряжения (UVP - Under Voltage Protection) и от аварийного отключения.

Форма выходного сигнала

Главная функция лабораторного блока питания в режиме стабилизации напряжения (CV) - это формирование заданного постоянного напряжения и его точное поддержание, даже при изменяющемся токе нагрузки. Аналогично, в режиме стабилизации тока (CC) блок питания должен подавать в нагрузку заданный постоянный ток и обеспечивать его точное поддержание даже при изменяющемся сопротивлении нагрузки.

Но в современных лабораторных и производственных условиях часто появляется необходимость в изменении выходного напряжения по определённому закону. Поэтому, некоторые модели хороших лабораторных блоков питания обеспечивают такую возможность. Этот режим называется: "Режим изменения выходного напряжения по списку заданных значений ". С его помощью можно изменять выходное напряжение по заданной программе, которая состоит из последовательности шагов. Для каждого шага задаётся уровень напряжения и его длительность. Этот режим позволяет испытывать оборудование, подавая на него неидеальные сигналы, максимально похожие на те, которые существуют в реальности: скачки и пульсации напряжения питания, кратковременные исчезновения напряжения, плавное нарастание и спад и т.д.

На этой фотографии показана одна из форм напряжения, которую легко можно реализовать с помощью режима изменения выходного напряжения по списку заданных значений (его также называют Режим Списка - List Mode). Фотография получена с помощью осциллографа, подключенного к клеммам блока питания IT6500 .

Напряжение на выходе лабораторного блока питания изменяется по сложному закону.
Пример работы режима изменения выходного напряжения по списку заданных значений (List Mode).

Но не все задачи можно решить с помощью лабораторного блока питания постоянного тока, даже если в нём есть режим работы по списку. Есть задачи, где необходимо формирование чисто синусоидального напряжения, причём с уровнем сотни вольт или синусоидального тока с уровнем десятки ампер. Для подобных задач выпускаются специализированные источники переменного напряжения и тока, такие как однофазная серия ITECH IT7300 или трёхфазная серия ITECH IT7600 .

При помощи таких приборов можно реализовывать много интересных решений, в основном в сфере проверки устойчивости оборудования при разных отклонениях в сети питания 220 В. В этом коротком видео, на примере модели IT7322, показано формирование переменного напряжения, амплитуда и частота которого изменяется по заданной программе. Форму выходного сигнала наблюдают с помощью осциллографа.

Формирование переменного напряжения с изменяющейся амплитудой и частотой.

Варианты управления: ручное и программное

Только ручное управление характерно для бюджетных серий, очень критичных к цене, например для эконом-серий ITECH IT6700 и Tektronix PWS2000 . Но большинство хороших лабораторных блоков питания средней и высокой ценовой категории поддерживают как ручное, так и программное управление.

Обычно, программное управление используют в двух случаях . Первый - это применение готовой компьютерной программы, которая поставляется вместе с прибором. На большом экране компьютера наглядно видно все настройки и параметры прибора, а это очень удобно. Кроме того, блок питания можно установить в производственном помещении, а управлять удалённо, со своего рабочего места. Это может быть полезно, если производственное помещение шумное, холодное или очень тёплое, содержит опасные для человека условия и т.д. При необходимости, даже можно организовать управление прибором через оптоволокно, что исключит любые электрические связи с оператором.

На этом рисунке показан скриншот главного окна программы IT9000, которая управляет работой лабораторного источника питания переменного напряжения и тока серии IT7300 . На одном экране размещаются все органы управления, а также подробная индикация текущего состояния прибора.

Главное окно программы удалённого управления прибором серии IT7300.
Нажмите на фотографию для увеличения изображения.

Второй случай, когда применяется программное управление - это включение лабораторных блоков питания в состав автоматизированных измерительных комплексов. Раньше для этой цели чаще всего использовали интерфейс IEEE-488.2 (его ещё называют GPIB, а в ГОСТ он назывался КОП - Канал Общего Пользования). Но в последние годы в системах промышленной автоматизации активно набирают популярность интерфейсы Ethernet (LAN) и USB, а устаревшие интерфейсы RS-232 и RS-485 используются всё реже. Для того, чтобы управлять прибором, придётся создавать собственные программы. Команды управления подробно описываются в руководствах по программированию, которые есть для каждой серии. Пример руководства по программированию для лабораторных блоков питания серии ITECH IT6500 смотрите . На этой фотографии показана задняя панель современного блока питания ITECH IT6412 , который стандартно оснащается тремя популярными интерфейсами: IEEE-488.2, Ethernet (LAN) и USB.

Три распространённых интерфейса программного управления приборами:
IEEE-488.2, LAN (Ethernet) и USB.

Типовые применения и популярные модели лабораторных блоков питания

Теперь, когда мы разобрались с основными критериями выбора лабораторных источников питания, давайте рассмотрим типичные задачи применения этих устройств и подходящие для этих задач модели приборов.

Универсальный лабораторный блок питания для широкого круга задач

Для большинства типовых задач, возникающих при разработке или ремонте электронной аппаратуры отлично подходит серия ITECH IT6900A (до 150 В, до 25 А, до 600 Вт), которая создавалась в качестве основного лабораторного блока питания, способного решать 90% всех вопросов:

Если нужен универсальный блок питания, но за минимальные деньги, то выбирайте эконом серию ITECH IT6700. В ней две модели: на 100 Вт и на 180 Вт. Нет программного управления, зато есть автоматическое ограничение выходной мощности, что не часто встречается в таком ценовом диапазоне:

У каждого радиолюбителя, будь он чайник или даже профессионал, на краю стола должен чинно и важно лежать блок питания . У меня на столе в данный момент лежат два блока питания. Один выдает максимум 15 Вольт и 1 Ампер (черный стрелочный), а другой 30 Вольт, 5 Ампер (справа):

Ну еще есть и самопальный блок питания:

Думаю, вы часто их видели в моих опытах, которые я показывал в различных статьях.

Заводские блоки питания я покупал давненько, так что они мне обошлись недорого. Но, в настоящее время, когда пишется эта статья, доллар уже пробивает отметку в 70 рублей. Кризис, мать его, имеет всех и вся.

Ладно, что-то разошелся… Так о чем это я? Ах да! Думаю, не у всех карманы лопают от денег… Тогда почему бы нам не собрать простую и надежную схему блока питания своими ручонками, которая будет ничуть не хуже покупного блока? Собственно, так и сделал наш читатель. Нарыл схемку и собрал самостоятельно блок питания:

Получилось очень даже ничего! Итак, далее от его имени…

Первым делом давайте разберемся, в чем хорош данный блок питания:

– выходное напряжение можно регулировать в диапазоне от 0 и до 30 Вольт

– можно выставлять какой-то предел по силе тока до 3 Ампер, после которого блок уходит в защиту (очень удобная функция, кто использовал, тот знает).

– очень низкий уровень пульсаций (постоянный ток на выходе блока питания мало чем отличается от постоянного тока батареек и аккумуляторов)

– защита от перегрузки и неправильного подключения

– на блоке питания путем короткого замыкания (КЗ) “крокодилов” устанавливается максимально допустимый ток. Т.е. ограничение по току, которое вы выставляете переменным резистором по амперметру. Следовательно перегрузки не страшны. Сработает индикатор (светодиод) обозначающий превышение установленного уровня тока.

Итак, теперь обо всем по порядку. Схема давно уже гуляет в интернете (кликните по изображению, откроется в новом окне на полный экран):

Цифры в кружочках – это контакты, к которым надо припаивать провода, которые пойдут на радиоэлементы.

Обозначение кружочков на схеме:
- 1 и 2 к трансформатору.
- 3 (+) и 4 (-) выход постоянного тока.
- 5, 10 и 12 на P1.
- 6, 11 и 13 на P2.
- 7 (К), 8 (Б), 9 (Э) к транзистору Q4.

На входы 1 и 2 подается переменное напряжение 24 Вольта от сетевого трансформатора. Трансформатор должен быть приличных габаритов, чтобы в нагрузку он смог выдать до 3 Ампер в легкую. Можно его купить, а можно и намотать).

Диоды D1…D4 соединены в диодный мост . Можно взять диоды 1N5401…1N5408 или какие-нибудь другие, которые выдерживают прямой ток до 3 Ампер и выше. Можно также использовать готовый диодный мост, который бы тоже выдерживал прямой ток до 3 Ампер и выше. Я же использовал диоды таблетки КД213:

Микросхемы U1,U2,U3 представляют из себя операционные усилители. Вот их цоколевка (расположение выводов). Вид сверху:

На восьмом выводе написано “NC”, что говорит о том, что этот вывод никуда цеплять не надо. Ни к минусу, ни к плюсу питания. В схеме выводы 1 и 5 также никуда не цепляются.

Транзистор Q1 марки ВС547 или BC548. Ниже его распиновка:

Транзистор Q2 возьмите лучше советский, марки КТ961А

Не забудьте его поставить на радиатор.

Транзистор Q3 марки BC557 или BC327

Транзистор Q4 обязательно КТ827!

Вот его распиновка:

Схему я перечерчивать не стал, поэтому есть элементы, которые могут ввести в замешательство – это переменные резисторы. Так как схема блока питания болгарская, то у них переменные резисторы обозначают так:

У нас вот так:

Я даже указал, как узнать его выводы с помощью вращения столбика (крутилки).

Ну и, собственно, список элементов:

R1 = 2,2 кОм 1W
R2 = 82 Ом 1/4W
R3 = 220 Ом 1/4W
R4 = 4,7 кОм 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10 кОм 1/4W
R7 = 0,47 Ом 5W
R8, R11 = 27 кОм 1/4W
R9, R19 = 2,2 кОм 1/4W
R10 = 270 кОм 1/4W
R12, R18 = 56кОм 1/4W
R14 = 1,5 кОм 1/4W
R15, R16 = 1 кОм 1/4W
R17 = 33 Ом 1/4W
R22 = 3,9 кОм 1/4W
RV1 = 100K многооборотный подстроечный резистор
P1, P2 = 10KOhm линейный потенциометр
C1 = 3300 uF/50V электролитический
C2, C3 = 47uF/50V электролитический
C4 = 100нФ
C5 = 200нФ
C6 = 100пФ керамический
C7 = 10uF/50V электролитический
C8 = 330пФ керамический
C9 = 100пФ керамический
D1, D2, D3, D4 = 1N5401…1N5408
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = стабилитроны на 5,6V
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 диод 1A
Q1 = BC548 или BC547
Q2 = КТ961А
Q3 = BC557 или BC327
Q4 = КТ 827А
U1, U2, U3 = TL081, операционный усилитель
D12 = светодиод

Теперь я расскажу, как я его собирал. Трансформатор уже взял готовый от усилителя. Напряжение на его выходах составило порядка 22 Вольта. Потом стал подготавливать корпус для моего БП (блок питания)

протравил

отмыл тонер

просверлил отверстия:

Запаял кроватки для ОУ (операционных усилителей) и все другие радиоэлементы, кроме двух мощных транзисторов (они будут лежать на радиаторе) и переменных резисторов:

А вот так плата выглядит уже с полным монтажом:

Подготавливаем место под платку в нашем корпусе:

Приделываем к корпусу радиатор:

Не забываем про кулер, который будет охлаждать наши транзисторы:

Ну и после слесарных работ у меня получился очень хорошенький блок питания. Ну как вам?

Описание работы, печатку и список радиоэлементов я взял в конце статьи.

Ну а если кому лень заморачиваться, то всегда можно приобрести за копейки подобный кит-набор этой схемы на Алиэкпрессе по этой ссылке

Примерно раз в год во меня просыпается неумолимое желание сделать лабораторный блок питания (например, свой прошлый лабораторник я описывал ). А тут еще и предложили что-нибудь обозреть - ну и я не устоял, ибо очень давно хотел попробовать данный модуль. К сожалению, расчленёнки не будет, потому что конструкция крайне сложно разбирается, и я побоялся не собрать нормально в обратный зад. :)

подобного модуля уже был, но данный - привлёк индикацией. Всё же большие цифры гораздо удобнее мелких.

Начну я, однако, не с главного героя обзора, а со второго, не менее важного - (также предоставленного для обзора), без которого данный модуль бесполезен.

Блок питания несколько отличается от первоначальной версии, и, к сожалению, не в лучшую сторону. Внешние отличия заключаются в надписи ac-dc 24v вместо 2412DC на первоначальной версии, и наличии некоего адреса сайта на нижней стороне платы. «Внутренние» отличия гораздо интереснее. Но для начала - внешний вид.

Главная проблема данного экземпляра (а скорее всей партии) - некачественный выходной разъем. он совершенно отвратительно паяется, ну и закономерно плохо припаян. Пропаять нужно сразу, потому что держится он еле-еле. Впрочем, как я написал - это проблема экземпляра либо партии, и в целом вероятность повтора данной проблемы у других покупателей через какое-то время - не так и велика.

В целом пайка не блещет аккуратностью, и желательно плату осмотреть и пропаять подозрительные места

Знаменитый конденсатор запаян как и раньше самый обычный, и его тоже желательно заменить, как писал в уважаемый Kirich. Также он рекомендует повесить керамику по выходу и параллельно выходным электролитам.

Диод снаббера, однако, запаян правильно:

Плата хорошо отмыта, и в целом всё с ней хорошо, если бы не одно маленькое НО. Похоже, что производитель ШИМ-контроллера, на котором собран данный БП, решил усовершенствовать «зелёный» режим, и вместо снижения частоты на малой нагрузке - выдаёт на затвор силового транзистора пачки импульсов на штатных 62-64кГц. Выглядит на осцилле это как короткая пачка управляющих испульсов и длинная пауза - порядка 30мС (при работе без нагрузки), а с увеличением нагрузки эти паузы уменьшаются. И всё бы хорошо, если не то самое маленькое НО - на выходе в результате имеем изрядную «пилу»:

На фото - работа без нагрузки и с одноамперной кажется нагрузкой. AC 0.2В/деление и 5мС/деление.

Похоже, что мои соображения выше правильны, и это такая интересная «особенность» новых версиий БП. Старые, как говорили, изрядно снижали частоту - вплоть до 14-15кГц, а эти вот начинают работать «импульсно» и выдавать пилу на выход. Как с этим бороться мне не совсем ясно - пробовал я и конденсаторы большей емкости ставить - ничерта не даёт.

Естественно, в комментариях приветствуются советы по доработке, потому что сейчас похоже все БП пошли с такой вот «фичей», во всяком случае в комментах к обзору Kirichа я встречал похожие осциллки.

Впрочем, как ни странно - в итоге всё работает вполне нормально.

Ну что, перейдём к главному герою?

Поставляется в прозрачной пластиковой коробочке, завёрнутый в инструкцию. Инструкция крупная, на хорошей бумаге, на китайском и вполне вменяемом английском.

Как видим заявлена точность 0.5%, и надо сказать что он вполне ее обеспечивает, хотя на совсем малых токах и врёт, что, впрочем, закономерно - но обэтом ниже.

Сам модуль компактный (размеры окна в корпусе для установки - 39х71.5, плюс выборки до 75.5, глубина 35.5), дисплей 28х27, высота цифр 5мм (на «обычном» ампервольтметре 7.5мм). Сам дисплей яркий, контрастный, с хорошими углами обзора. Единственное что не очень нравится - довольно медленное обновление (показания наверно раза два в секунду обновляются). Но это думаю не в дисплее проблема, а в прошивке, да и не напрягает оно совершенно.

Дополнительная информация

На 8-ногой микрухе написано XL7005A - шим-контроллер 150кГц 0.4А

К сожалению, разобрать его - нетривиальная задача, ибо три платы спаяны «бутербродом», три разъема по 8 контактов, которые стоят довольно плотненько, и можно с лёгкостью чего-нить задеть и испортить. так что извиняйте. Над энкодером видны надписи rx gnd tx - видимо модуль поддерживает передачу данных, ну и выше явно разъем для перепрошивки. В целом качество сборки оставило приятные впечатления, Флюс не смыт в местах пайки переходных контактов, что закономерно и понятно, ну и флюс явно такой который не требует смывания.

Понятно, что приобретается такой модуль не для разборки, а для сборки, и не непонятно чего, но блока питания. Для тех кто не в курсе что такое лабораторный БП и для чего он нужен - кратенько напишу, что это регулируемый блок питания, с ограничением выходного тока и регулировкой выходного напряжения. Нужен он для запитки устройств «на столе», например при ремонте или разработке. Позволяет не спалить что-то случайно;) Также им можно например заряжать аккумуляторы.

Переходим к сборке блока питания. Пожалуй, спрячу под спойлер, а то фоток будет много.

сборка блока питания

собирать будем в корпусе Kradex Z-3. все компоненты входят в него настолько хорошо, что создается впечатление что они просто созданы друг для друга. ;)

Корпуса kradex отличаются идиотской конструкцией соединяющих стоек - они слишком далеко от боковых стенок и слишком близко к передней и задней. поэтому - безжалостно выкусываем, и переносим в серединку корпуса, где они никому не будут мешать. крепим дихлорэтаном. аналогично - делаем стоечки для крепления БП.

Далее - фрезеруем переднюю и заднюю панели, а также отверстия для вентилятора. в принципе - не так он и нужен, но я решил сразу поставить, чтобы два раза не вставать. к сожалению, места хватило только для 50мм вентилятора.

Так как на «морде» будет USB разъем - припаиваем к нему текстолитовые «уши», а к корпусу приклеиваем кусочки пластика с предварительно нарезанной резьбой м3. самые короткие винтики «от компьютера» отлично подходят для крепления разъема к передней панели.

То что фрезу в патрон зажимать низя я в курсе, и фанговый патрон есть, и цанги хорошие, но я разгильдяй, да и материал тут мягкий, поэтому я ленюсь ставить другой патрон и такую мелочёвку фрезерую так.

Для питания USB и вентилятора я применил преобразователи из прошлого моего обзора, приклеив их к радиатору из ш-образного профиля 8х15. очень способствует улучшению охлаждения. вентилятор запитал от 6.5В - на 5В он дует совсем слабо. хотел приделать еще регулировку скорости, но поленился, да и решил что отдельного преобразователя хватит для ручной установки любых понравившихся оборотов.

«первичный» блок питания я решил доработать - чуть повысить напряжение, чтобы получить на выходе всего устройства хотя бы 24В. с учетом ограничения максимального входного напряжения примененных преобразователей в 28В - я решил «разогнать» БП до 26В. для этого параллельно резистору R19 припаиваем резистор на 22кОм.

Ну и результат:

Теперь перейдём к тестированию.

Для начала - как оно вообще работает. верхняя маленькая строка - установленные значения тока и напряжения. большие цифры - это измеренные значения на выходе, ну и снизу - входное напряжение (минимальная разность между входом и выходом около вольта). Пиктограммки справа показывают текущее состояние: блокировка, состояние (ок/не ок), режим выхода (cc/cv) и состояне выхода - вкл/выкл. При включении выход выключен. Включение и выключение выхода - кнопкой под энкодером. Пиктограммка выкл - красным, вкл - зеленым. Блокировка - длительным нажатием энкодера.

При нажатии кнопки set - у нас появляется возможность изменять текущие значения тока и напряжения. изменяемый разряд подсвечивается красным в верхней строчке, и переключается нажатием на энкодер. вращением энкодера - изменяется значение. при переходе с 9 на 0 - увеличивается старший разряд.

При повторном нажатии на set - попадаем в меню «расширенных» настроек. А в верхней строчке соответственно начинают отображаться текущие параметры выхода - ток и напряжение.

Тут у нас есть выходное напряжение, выходной ток, напряжение/ток/мощность срабатывания защиты, яркость подсветки, и текущая ячейка памяти. ячеек этих 10. М0 - это «ручной» режим, то есть то чем мы балуемся сейчас. эти значения сохраняются и восстанавливаются при последующем включении.

Выбор параметра - кнопками вверх/вниз, далее нажимаем на энкодер и изменяем параметр, выход кнопкой set. для того чтобы сохранить значения в какую-то ячейку памяти, нужно вначале ее выбрать в нижнем пункте меню, потом изменить всё что нужно, а потом перейти в нижнем пункте меню на номер ячейки и подержать кнопку set две секунды. Номер ячейки в которую сохранено - появится слева между пиктограммами.

On|off в нижнем пункте меню справа - это состояние выхода при выборе данной ячейки памяти. off - выключено, on - «как было».

Управление, конечно, немного странноватое. Как работают эти «защиты» я честно говоря так и не понял, пользуюсь просто в режиме ограничения тока и стабилизации напряжения.

Далее. следующее нажатие кнопки set выносит нас на «главный экран». Выбор ячейки памяти осуществляется либо удержанием кнопки вверх для выбора М1, либо кнопки вниз для выбора М2, либо кнопки set - а далее энкодером выбираем номер ячейки. досадно, что при переключении ячеек памяти не отображаются занесенные туда ток и напряжение. Это было бы логично и удобно - но нет.

Теперь - измерения. Вынес в табличку, и, честно говоря, даже не буду толком считать и комментировать, ибо уже чего-то котелок не варит;) Set - это то что выставляем, изм - это то что он измеряет на своем выходе, тестер - соответственно что показывает тестер. На малых токах врёт довольно значительно, но ИМХО это простительно. Со 100мА и выше - стабильно врёт на 3мА (занижает), на меньших токах - не так сильно, но тоже врёт. Как на мой взгляд - в погрешности на адекватных токах влазит (0.5% +2 цифры). Пусть метрологи поправят если что;) На малых токах конечно мимо.

А, чуть не забыл. измерения помех и пульсаций.

На малых токах:

На больших (2.5А кажется) токах:

AC 0,2В 500мкС.

При включении напряжение плавно нарастает, включение происходит в режиме СС, потом переходит в режим CV:

Если подключить светодиод, а потом включить выход - то горит ок. Если вначале включить выход, а потом подключить светодиод - то даже пикнуть не успевает, перегорает мгновенно, что предсказуемо.

Подытоживая: мне очень нравится. ИМХО за эти деньги (до 50 баксов) альтернатив просто нет. По работе он будет ИМХО не хуже любого другого китайского лабораторника. Не самое продуманное управление, но и не так всё страшно - думаю можно будет привыкнуть достаточно быстро, да и чем тут особо управлять-то… один раз настроил, и радуйся, а крутить напряжения потом - дело кнопки и энкодера. По конструкции БП - я уже не уверен, что гнёзда нужно было делать слева, возможно стоило перенести их вправо - что, впрочем, можно сделать банально перевернув переднюю панель. Несомненно, в комментах накидают ссылок на более дешевые варианты, но даже за эту сумму - всё вполне неплохо.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.