Виготовити лабораторний блок живлення своїми руками нескладно, якщо є навички поводження з паяльником і ви розбираєтеся в електричних схемах. В залежності від параметрів джерела ви можете з його допомогою заряджати акумулятори, підключати практично будь-яку побутову апаратуру, використовувати для дослідів і експериментів при конструюванні електронних засобів. Головне при монтажі – використання перевірених схем і якість збірки. Чим надійніше корпус і з’єднання, тим зручніше працювати з джерелом живлення. Бажано наявність регулювань і приладів контролю вихідного струму і напруги.
Найпростіший електричний блок живлення
Якщо у вас немає навичок у виготовленні електричних приладів, то краще починати з самого простого, поступово пересуваючись до складних конструкцій. Склад найпростішого джерела постійної напруги:
- Трансформатор з двома обмотками (первинної – для підключення до мережі, вторинної – для підключення споживачів).
- Один або чотири діода для випрямлення змінного струму.
- Електролітичний конденсатор для відсічення змінної складової вихідного сигналу.
- З’єднувальні проводи.
У випадку якщо ви використовуєте в схемі один напівпровідниковий діод, то отримаєте однополуперіодний випрямляч. Якщо застосовуєте диодную складання або бруківку схему включення, то блок живлення називається двухполуперіодним. Різниця у вихідному сигналі – у другому випадку менше пульсацій.
Такий саморобний блок живлення гарний тільки в тих випадках, коли необхідно провести підключення приладів з одним робочим напругою. Так, якщо ви займаєтеся конструюванням автомобільної електроніки або її ремонтом, краще вибирати трансформатор з вихідною напругою 12-14 вольт. Від кількості витків вторинної обмотки залежить вихідна напруга, а від перерізу використовуваного дроту – сила струму (чим більше товщина, тим більше струм).
Як зробити двухполярное харчування?
Такий джерело необхідний для забезпечення роботи деяких мікросхем (наприклад, підсилювачів потужності і НЧ). Відрізняє двухполярный блок живлення наступна особливість: на виході в нього негативний полюс, позитивний і загальний. Для реалізації такої схеми потрібно застосовувати трансформатор, вторинна обмотка якого має середній висновок (причому значення змінної напруги між середнім і крайніми повинно бути однакова). Якщо немає трансформатора, що задовольняє цій умові, можна модернізувати будь-який, у якого мережева обмотка розрахована на 220 вольт.
Видаліть вторинну обмотку, тільки спочатку проведіть вимірювання напруги на ній. Порахуйте число витків і розділіть на напругу. Отримане число – це кількість витків, необхідних для вироблення 1 вольта. Якщо вам потрібно отримати двухполярный блок живлення з напругою 12 вольт, то потрібно намотати дві однакових обмотки. Початок однієї з’єднайте з кінцем другий і цю середню точку підключіть до загального проводу. Два виведення трансформатора необхідно з’єднати з діодним складанням. Відміну від однополярного джерела – потрібно застосовувати 2 електролітичні конденсатори, з’єднаних послідовно, середня точка включається з корпусом пристрою.
Регулювання напруги в однополярному джерелі живлення
Завдання може здатися не дуже простий, але зробити регульований блок живлення можна шляхом складання схеми з одного або двох напівпровідникових транзисторів. Але потрібно на виході встановити хоча б вольтметр для контролю напруги. Для цієї мети можна використовувати стрілочний індикатор з прийнятним діапазоном вимірювань. Можна придбати дешевий цифровий мультиметр і адаптувати його під ваші потреби. Для цього потрібно розібрати його, встановити за допомогою пайки потрібне положення перемикача (при інтервалі зміни напруги 1-15 вольт потрібно, щоб пристрій міг проводити замір напруги до 20 вольт).
Регульований блок живлення можна підключати до будь-якого електричного приладу. Спочатку вам буде потрібно виставити необхідне значення напруги, щоб не вивести з ладу прилади. Зміна напруги здійснюється за допомогою змінного резистора. Його конструкцію ви можете вибрати самостійно. Це може бути навіть повзункового типу пристрій, головне – дотримання номінального опору. Щоб блок живлення було зручно використовувати, можна встановити змінний резистор, спарений з вимикачем. Це дозволить позбутися від зайвого тумблера і полегшити відключення апаратури.
Регулювання напруги в джерелі двухполярном
Така конструкція виявиться складніше, але і її можна реалізувати досить швидко при наявності всіх необхідних елементів. Змайструвати простої лабораторний блок живлення, та ще двухполярный і з регулюванням напруги, зможе не кожен. Схема ускладнюється тим, що потрібно установка не тільки напівпровідникового транзистора, що працює в режимі ключа, але і операційного підсилювача, стабілітронів. При пайку напівпровідників будьте акуратні: намагайтеся не сильно нагрівати, адже діапазон допустимих температур у них вкрай малий. При надмірному нагріванні кристалів германію та кремнію руйнуються, в результаті пристрій перестає функціонувати.
Коли робите лабораторний блок живлення своїми руками, пам’ятайте одну важливу деталь: транзистори потрібно монтувати на алюмінієвому радіаторі. Чим потужніше джерело живлення, тим більше площа радіатора повинна бути. Особливу увагу приділяйте якості пайки і проводів. Для малопотужних пристроїв допускається використовувати тонкі дроти. Але якщо вихідний струм великий, то необхідно застосовувати проводи з товстої ізоляцією і великою площею перерізу. Від надійності комутації залежить ваша безпека і зручність користування пристроєм. Навіть коротке замикання у вторинній ланцюга може стати причиною загоряння, тому при виготовленні блоку живлення слід подбати про захист.
Регулювання напруги в стилі ретро
Так, саме так можна назвати здійснення регулювання подібним чином. Для реалізації необхідно вторинну обмотку трансформатора перемотати і зробити кілька висновків залежно від того, який крок зміни напруги і діапазон вам потрібен. Наприклад, лабораторний блок живлення 30В 10А з кроком в 1 вольт повинен мати 30 висновків. Між випрямлячем і трансформатором необхідно встановити перемикач. Навряд чи вийде знайти на 30 положень, а якщо і знайдете, то його габарити будуть дуже великими. Для монтажу в невеликому корпусі він явно не підійде, тому краще використовувати для виготовлення стандартні напруги– 5, 9, 12, 18, 24, 30 вольт. Цього цілком достатньо для зручного користування пристроєм в домашній майстерні.
Для виготовлення і розрахунку вторинної обмотки трансформатора вам потрібно зробити наступне:
- Визначити, яку напругу збирається одним витком обмотки. Для зручності намотайте 10 витків, увімкніть трансформатор в мережу і проведіть вимірювання напруги. Отримане значення розділіть на 10.
- Проведіть намотування вторинної обмотки, попередньо відключивши трансформатор від мережі. Якщо у вас вийшло, що один виток збирає 0,5 В, то для отримання 5 вам потрібно зробити відвід від 10-го витка. І за подібною схемою робите відводи для інших стандартних значень напруг.
Зробити подібний лабораторний блок живлення своїми руками під силу кожному, а найголовніше – не потрібно паяти схему на транзисторах. Висновки вторинної обмотки з’єднують з перемикачем, щоб значення напруг змінювалися від меншого до більшого. Центральний висновок перемикача з’єднується з випрямлячем, нижній за схемою вивід трансформатора подається на корпус пристрою.
Особливості імпульсних джерел живлення
Такі схеми використовуються практично у всіх сучасних приладах – у зарядних пристроях телефонів, в блоках живлення комп’ютерів і телевізорів та ін. Виготовити лабораторний блок живлення імпульсний особливо, виявляється проблематично: занадто багато нюансів потрібно враховувати. По-перше, відносно складна схема і непростий принцип дії. По-друге, більша частина пристрою працює під високою напругою, яка дорівнює тій, яка протікає в мережі. Подивіться на основні вузли такого блоку живлення (на прикладі комп’ютерного):
- Мережевий блок випрямлення, призначений для перетворення змінного струму напругою 220 вольт в постійний.
- Інвертор, що перетворює постійну напругу в сигнали прямокутної форми з високою частотою. Сюди ж входить і спеціальний трансформатор імпульсного типу, який зменшує величину напруги, щоб живити компоненти ПК.
- Управління, яке відповідає за правильну роботу всіх елементів блоку живлення.
- Підсилювальний каскад, призначений для підсилення сигналів ШІМ-контролера.
- Блок стабілізації і випрямлення вихідного імпульсного напруги.
Подібні вузли і елементи присутні у всіх імпульсних джерелах живлення.
Блок живлення від комп’ютера
Вартість навіть нового блоку живлення, який встановлюється в комп’ютерах, досить низька. Зате ви отримуєте готову конструкцію, можна навіть не робити шасі. Один недолік – на виході є тільки стандартні значення напруги (12 і 5 вольт). Але для домашньої лабораторії цього цілком достатньо. Користується популярністю лабораторний блок живлення ATX з тієї причини, що не потрібно робити великі переробки. А чим простіше конструкція, тим краще. Але є і «хвороби» у таких пристроїв, але вилікувати їх можна досить просто.
Найчастіше виходять з ладу електролітичні конденсатори. З них випливає електроліт, це можна побачити навіть неозброєним оком: на друкованій платі з’являється шар цього розчину. Він гелеподібний або рідкий, з часом застигає і стає твердим. Щоб відремонтувати лабораторний блок живлення БП комп’ютера, потрібно встановити нові електролітичні конденсатори. Друга поломка, яка зустрічається набагато рідше, полягає в пробої одного або декількох напівпровідникових діодів. Симптом – це вихід з ладу плавкого запобіжника, змонтованого на друкованій платі. Для ремонту потрібно продзвонити всі діоди, встановлені в мостовій схемі.
Способи захисту блоків живлення
Найпростіший спосіб убезпечити себе – це установка плавких запобіжників. Використовувати такий лабораторний блок живлення з захистом можна, не боячись, що із-за короткого замикання станеться спалах. Для реалізації цього рішення вам потрібно встановити два плавкого запобіжника в ланцюзі живлення мережевий обмотки. Їх треба брати на напругу 220 вольт і струм близько 5 ампер для малопотужних приладів. На виході джерела живлення слід встановити плавкі запобіжники з відповідними параметрами. Наприклад, при захисті вихідний ланцюга з напругою 12 вольт можна застосувати запобіжники, використовувані в автомобілях. Значення струму підбирається виходячи з максимальної потужності споживача.
Але на дворі – століття високих технологій, а робити захист за допомогою запобіжників з економічної точки зору не дуже вигідно. Доводиться проводити заміну елементів після кожного випадкового зачіпання проводів живлення. Як варіант – замість звичайних плавких вставок встановити самовідновлювальні запобіжники. Але ресурс у них невеликий: можуть прослужити вірою і правдою кілька років, а можуть і через 30-50 відключень вийти з ладу. Але блок живлення лабораторний 5А, якщо він зібраний грамотно, функціонує правильно і не вимагає додаткових пристроїв захисту. Елементи можна назвати надійними, часто побутова техніка приходить в непридатність унаслідок поломки таких запобіжників. Набагато ефективніше виявляється застосування релейної схеми або тиристорної. В якості пристрою аварійного відключення можуть також використовуватися сімістори.
Як зробити лицьову панель?
Більша частина робіт – це проектування корпуса, а не складання електричної схеми. Доведеться озброїтися дрилем, напилками, а при необхідності фарбування ще й освоїти малярське справу. Можна виготовити саморобний блок живлення на основі корпусу від якого-небудь пристрою. Але якщо є можливість придбати листовий алюміній, то при бажанні ви зробите красиве шасі, яке прослужить вам довгі роки. Для початку намалюйте ескіз, в якому розташуйте всі елементи конструкції. Особливу увагу приділіть проектування лицьовій панелі. Її можна зробити з тонкого алюмінію, тільки зсередини провести посилення – прикрутити до алюмінієвих куточків, які застосовуються для надання більшої жорсткості конструкції.
У лицьовій панелі обов’язково слід передбачити отвори для установки вимірювальних приладів, світлодіодів (або ламп розжарювання), клем, сполучених з виходом блоку живлення, гнізда для установки плавких запобіжників (при виборі такого варіанту захисту). Якщо вигляд лицьової панелі не дуже привабливий, то її потрібно пофарбувати. Для цього обезжириваете і зачищаєте до блиску всю поверхню. Перед початком фарбування зробіть всі необхідні отвори. Нанесіть 2-3 шару ґрунтовки на прогріту поверхню, дайте висохнути. Далі нанесіть стільки ж шарів фарби. В якості фінішного покриття потрібно застосовувати лак. У підсумку потужний лабораторний блок живлення завдяки фарбі і отримати блиску буде виглядати красиво і привабливо, впишеться в інтер’єр будь-якій майстерні.
Як виготовити шасі для блоку живлення?
Красиво буде виглядати тільки та конструкція, яка повністю виготовляється самостійно. Але в якості матеріалу можна використовувати що завгодно: починаючи з листового алюмінію і закінчуючи корпусами від персональних комп’ютерів. Потрібно тільки ретельно продумати всю конструкцію, щоб не виникло непередбачених ситуацій. Якщо вихідних каскадів потрібно додаткове охолодження, то встановіть кулер для цієї мети. Він може працювати як постійно при включеному пристрої, так і в автоматичному режимі. Для реалізації останнього найкраще застосувати простий мікроконтроллер і датчик температури. Датчик відстежує значення температури радіатора, а в мікроконтролері закладено те значення, при якому необхідно включити обдування повітрям. Навіть лабораторний блок живлення 10А, потужність якого немаленька, буде стабільно працювати з такою системою охолодження.
Для обдування потрібен повітря ззовні, тому вам потрібно встановлювати кулер і радіатор на задній стінці блоку живлення. Для забезпечення жорсткості шасі застосовуйте алюмінієві куточки, з яких спочатку сформуйте «скелет», а після встановіть на нього обшивку – пластини з того ж алюмінію. Якщо є можливість, то куточки з’єднайте за допомогою зварювання, це збільшить міцність. Нижня частина шасі повинна бути міцною, так як на ній монтується силовий трансформатор. Чим вище потужність, тим більші габарити трансформатора, тим більше його вагу. В якості прикладу можна порівняти лабораторний блок живлення 30В 5А і подібну конструкцію, але на 5 вольт і струмом близько 1 А. В останнього габарити виявляться набагато меншими, та й вага незначний.
Між електронними компонентами та корпусом повинен знаходитися шар ізоляції. Робити це потрібно виключно для себе, щоб у разі випадкового обриву проводу всередині блоку він не закоротил на корпус. Перед установкою обшивки на «скелет» проведіть її ізоляцію. Можна наклеїти на щільний картон або товсту липку стрічку. Головне, щоб матеріал не проводив електрику. За допомогою такої доробки поліпшується безпека. Але трансформатор може видавати неприємний гул, від якого можна позбутися шляхом фіксації і проклейки пластин сердечника, а також встановлення між корпусом і шасі гумових подушок. Але максимальний ефект ви отримаєте тільки при комбінуванні цих рішень.
Підведення підсумків
На завершення варто згадати, що всі монтажні та випробувальні роботи проводяться при наявності напруги, небезпечної для життя. Тому треба думати про себе, в кімнаті обов’язково встановіть автоматичні вимикачі, спарені з пристроями захисного відключення електроенергії. Навіть якщо ви торкнетеся фази, удар струмом не отримаєте, так як спрацює захист.
При проведенні робіт з імпульсними блоками живлення комп’ютерів дотримуйте техніку безпеки. Електролітичні конденсатори, що знаходяться в їх конструкції, довгий час після відключення знаходяться під напругою. З цієї причини перед початком ремонту розрядити конденсатори, з’єднавши їх виводи. Не лякайтеся тільки іскри, вона не завдасть шкоди ні вам, ні приладів.
Коли робите лабораторний блок живлення своїми руками, звертайте увагу на всі дрібниці. Адже для вас головне – це забезпечити стабільну, безпечну і зручну роботу. А досягти цього можна тільки в тому випадку, коли ретельно продумані всі дрібниці, причому не тільки в електричній схемі, але і в корпусі пристрою. Зайвими прилади контролю в конструкції не будуть, тому встановіть їх, щоб мати уявлення про те, наприклад, який струм споживає пристрій, зібране вами в домашній лабораторії.
