Плата-конструктор регульованого блока живлення, або правильний блок живлення має бути важким

Багато хто вже знає, що я небайдужий до всіляких блоків живлення, а тут огляд два в одному. Цього разу буде огляд радіоконструктора, який дає змогу зібрати основу для лабораторного блока живлення, а також варіант його практичної реалізації.
Попереджаю: буде багато фото й тексту, тож запасайтеся кавою :)

Для початку трохи поясню, що це таке і навіщо потрібно.
Практично всі радіоаматори використовують у роботі таку річ, як лабораторний блок живлення. Складний, із програмним керуванням, чи зовсім простий на LM317 — він усе одно виконує майже одне й те саме: живить різні навантаження під час роботи з ними.
Лабораторні блоки живлення поділяються на три основні типи.
З імпульсною стабілізацією.
З лінійною стабілізацією
Гібридні.

Перші мають у своєму складі імпульсний керований блок живлення або просто імпульсний блок живлення зі знижувальним ШІМ-перетворювачем. Я вже оглядав кілька варіантів таких блоків живлення. 1, 2, 3
Переваги — висока потужність за невеликих габаритів, чудовий ККД.
Недоліки — ВЧ-пульсації, наявність ємних конденсаторів на виході

Другі не мають жодних ШІМ-перетворювачів, усе регулювання здійснюється лінійним способом, а надлишок енергії просто розсіюється на регулювальному елементі.
Переваги — практично повна відсутність пульсацій, немає потреби у вихідних конденсаторах (майже).
Недоліки — ККД, маса, габарити.

Треті поєднують перший і другий типи: тоді лінійний стабілізатор живиться від керованого знижувального ШІМ-перетворювача (напруга на виході ШІМ-перетворювача завжди підтримується на рівні трохи вищому за вихідну, а решта регулюється транзистором, що працює в лінійному режимі).
Або це лінійний блок живлення, але трансформатор має кілька обмоток, які перемикаються за потреби, зменшуючи втрати на регулювальному елементі.
У цієї схеми лише один недолік — складність, вона вища, ніж у перших двох варіантів.

Сьогодні поговоримо про другий тип блоків живлення — з регулювальним елементом, що працює в лінійному режимі. Але розглянемо такий блок живлення на прикладі конструктора. Мені здається, так буде навіть цікавіше. Адже, на мій погляд, це гарний початок для радіоаматора-початківця — зібрати собі один з основних приладів.
Або, як то кажуть, правильний блок живлення має бути важким :)

Цей огляд більше орієнтований на початківців, досвідчені товариші навряд чи знайдуть у ньому щось корисне.

Для огляду я замовив конструктор, який дає змогу зібрати основну частину лабораторного блока живлення.
Основні характеристики такі (заявлені магазином):
Вхідна напруга — 24 В змінного струму
Регульована вихідна напруга — 0–30 В постійного струму.
Регульований вихідний струм — 2 мА — 3 А
Пульсації вихідної напруги — 0.01%
Розміри друкованої плати — 80х80мм.

Трохи про пакування.
Конструктор надійшов у звичайному поліетиленовому пакеті, загорнутий у м’який матеріал.
Усередині, в антистатичному пакеті із застібкою, лежали всі необхідні компоненти, зокрема друкована плата.


Усередині все було насипом, але нічого не постраждало: друкована плата частково захищала радіокомпоненти.


Не перелічуватиму все, що входить до комплекту, простіше зробити це далі, у процесі огляду. Скажу лише, що мені всього вистачило, навіть дещо залишилося.


Трохи про друковану плату.
Якість відмінна, схеми в комплекті немає, але всі номінали позначені на платі.
Плата двостороння, покрита захисною маскою.


Покриття плати, лудіння та й сама якість текстоліту чудові.
Мені вдалося відірвати контактний майданчик лише в одному місці, та й то після того, як я спробував впаяти нештатну деталь (чому — розповім далі).
На мій погляд, саме те для радіоаматора-початківця: зіпсувати буде важко.


Перед монтажем я накреслив схему цього блока живлення.


Схема досить продумана, хоча й не без недоліків, але про них розповім у процесі.
На схемі видно кілька основних вузлів, я виділив їх кольором.
Зелений — вузол регулювання та стабілізації напруги
Червоний — вузол регулювання та стабілізації струму
Фіолетовий — вузол індикації переходу в режим стабілізації струму
Синій — джерело опорної напруги.
Окремо є:
1. Вхідний діодний міст і фільтрувальний конденсатор
2. Силовий регулювальний вузол на транзисторах VT1 і VT2.
3. Захист на транзисторі VT3, який вимикає вихід, доки живлення операційних підсилювачів не стане нормальним
4. Стабілізатор живлення вентилятора на мікросхемі 7824.
5. R16, R19, C6, C7, VD3, VD4, VD5 — вузол формування від’ємного полюса живлення операційних підсилювачів. Через наявність цього вузла блок живлення не працюватиме просто від постійного струму: потрібен саме вхід змінного струму від трансформатора.
6. C9 — вихідний конденсатор, VD9 — вихідний захисний діод.


Спочатку перелічу переваги й недоліки схемного рішення.
Переваги —
Тішить наявність стабілізатора для живлення вентилятора, але вентилятор потрібен на 24 Вольти.
Дуже тішить наявність джерела живлення від’ємної полярності: це значно покращує роботу блока живлення за струмів і напруг, близьких до нуля.
Через наявність джерела від’ємної полярності в схему додали захист: доки цієї напруги немає, вихід блока живлення буде вимкнений.
Блок живлення містить джерело опорної напруги 5.1 Вольта. Це дало змогу не лише коректно регулювати вихідну напругу й струм (за такої схеми напруга та струм лінійно регулюються від нуля до максимуму, без «горбів» і «провалів» на крайніх значеннях), а й керувати блоком живлення ззовні, просто змінюючи керувальну напругу.
Вихідний конденсатор має дуже малу ємність, що дає змогу безпечно перевіряти світлодіоди: стрибка струму не буде, доки вихідний конденсатор не розрядиться, а блок живлення не перейде в режим стабілізації струму.
Вихідний діод потрібен для захисту блока живлення від подавання на його вихід напруги зворотної полярності. Щоправда, діод надто слабкий, краще замінити його на інший.

Недоліки.
Струмовимірювальний шунт має надто великий опір, через це під час роботи зі струмом навантаження 3 Ампера на ньому виділяється близько 4.5 Ватта тепла. Резистор розрахований на 5 Ватт, але нагрівається дуже сильно.
Вхідний діодний міст зібраний із діодів на 3 Ампера. За-хорошому, мають стояти діоди щонайменше на 5 Ампер, адже струм через діоди в такій схемі дорівнює 1.4 від вихідного, тож під час роботи він може становити 4.2 Ампера, тоді як самі діоди розраховані на 3 Ампера. Ситуацію полегшує лише те, що пари діодів у мосту працюють почергово, але все одно це не зовсім правильно.
Великий мінус у тому, що китайські інженери, добираючи операційні підсилювачі, вибрали ОП із максимальною напругою 36 Вольт, але не врахували, що в схемі є джерело від’ємної напруги, і вхідна напруга в такому разі обмежена рівнем 31 Вольт (36-5=31). За вхідної напруги змінного струму 24 Вольта постійна напруга становитиме близько 32-33 Вольта.
Тобто ОП працюватимуть у граничному режимі (36 — це максимум, штатне значення — 30).

Про переваги й недоліки, а також про модернізацію я розповім пізніше, а зараз перейду власне до складання.

Для початку розкладаємо все, що входить до комплекту. Так буде легше збирати, та й просто наочніше видно, що вже встановили, а що ще залишилося.


Рекомендую починати складання з найнижчих компонентів, адже якщо спочатку встановити високі, то низькі потім буде незручно монтувати.
Також краще почати з установлення компонентів, яких найбільше.
Почну з резисторів номіналом 10 кОм.
Резистори якісні, з точністю 1%.
Кілька слів про резистори. На них нанесено кольорове маркування. Комусь воно може здатися незручним. Насправді воно краще за буквено-цифрове, адже його видно за будь-якого положення резистора.
Не варто боятися кольорового маркування: на початковому етапі можна користуватися онлайн-калькуляторами, а з часом ви навчитеся визначати номінал і без них.
Щоб розумітися на таких компонентах і зручно з ними працювати, початківцю-радіоаматору достатньо запам’ятати дві речі, які стануть у пригоді.
1. Десять основних кольорів маркування
2. Номінали ряду Е24. Вони не дуже знадобляться під час роботи з точними резисторами рядів Е48 і Е96, але такі резистори трапляються значно рідше.
Будь-який досвідчений радіоаматор перелічить їх просто з пам’яті.
1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.4, 2.7, 3, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1.
Усі інші номінали отримують множенням цих на 10, 100 тощо. Наприклад, 22 кОм, 360 кОм, 39 Ом.
Що дає ця інформація?
А дає вона змогу зрозуміти, що якщо резистор належить до ряду Е24, то, наприклад, комбінація кольорів —
синій + зелений + жовтий — у нього неможлива.
Синій — 6
Зелений — 5
Жовтий — ×10000
Тобто за розрахунками виходить 650 кОм, але такого номіналу в ряду Е24 немає: є або 620, або 680. Отже, або колір розпізнано неправильно, або він змінився, або резистор не з ряду Е24, але останнє трапляється рідко.

Гаразд, досить теорії, рухаймося далі.
Перед монтажем я формую виводи резисторів, зазвичай за допомогою пінцета, але дехто використовує для цього невелике саморобне пристосування.
Не поспішайте викидати обрізки виводів: іноді вони можуть стати в пригоді для перемичок.


Установивши більшість компонентів, я дійшов до поодиноких резисторів.
Тут може бути складніше: з номіналами доведеться розбиратися частіше.


Компоненти я одразу не паяю, а лише обрізаю та загинаю виводи, причому спочатку саме обрізаю, а вже потім загинаю.
Робиться це дуже просто: плату тримаю в лівій руці (якщо ви правша), водночас притискаючи встановлюваний компонент.
У правій руці тримаю бокорізи, обрізаю виводи (іноді навіть одразу в кількох компонентів), а бічною гранню бокорізів відразу їх загинаю.
Усе це робиться дуже швидко, з часом уже автоматично.


Ось і дійшли до останнього маленького резистора: номінал потрібного збігається з номіналом того, що залишився, уже непогано :)


Установивши резистори, переходимо до діодів і стабілітронів.
Маленьких діодів тут чотири — це популярні 4148, стабілітронів два, по 5.1 Вольта кожен, тож переплутати їх дуже важко.
Їм також формуємо виводи.


На платі катод позначено смужкою, так само, як на діодах і стабілітронах.


Хоча плата й має захисну маску, я все одно рекомендую загинати виводи так, щоб вони не потрапляли на сусідні доріжки. На фото вивід діода відігнуто вбік від доріжки.


Стабілітрони на платі позначені так само, як і маркування на них, — 5V1.


Керамічних конденсаторів у схемі не дуже багато, але їхнє маркування може збити з пантелику радіоаматора-початківця. До речі, воно також підпорядковується ряду E24.
Перші дві цифри — номінал у пікофарадах.
Третя цифра — кількість нулів, які треба додати до номіналу.
Тобто, наприклад, 331 = 330пФ
101 — 100пФ
104 — 100000пФ або 100нФ або 0.1мкФ
224 — 220000пФ або 220нФ або 0.22мкФ


Основну кількість пасивних компонентів встановлено.


Після цього переходимо до встановлення операційних підсилювачів.
Мабуть, я б порадив придбати для них панельки, але я впаяв їх як є.
На платі, як і на самій мікросхемі, позначено перший вивід.
Решту виводів рахують проти годинникової стрілки.
На фото видно місце для операційного підсилювача і те, як його слід встановлювати.


У мікросхем я загинаю не всі виводи, а лише пару — зазвичай це крайні виводи по діагоналі.
Ну і краще обрізати їх так, щоб вони виступали над платою приблизно на 1мм.


Усе, тепер можна переходити до паяння.
Я використовую звичайний паяльник із контролем температури, але цілком достатньо й звичайного паяльника потужністю приблизно 25-30 Ватт.
Припій діаметром 1мм із флюсом. Я навмисно не вказую марку припою, адже на котушці неоригінальний припій (оригінальні котушки важать 1Кг), а його назва мало кому буде знайома.


Як я вже писав вище, плата якісна, паяти її дуже легко, жодних флюсів я не використовував — цілком вистачає того, що є в припої. Треба лише не забувати час від часу струшувати надлишок флюсу з жала.




Тут я зробив фото з прикладом якісного й не дуже паяння.
Якісне паяння має виглядати як невелика крапелька, що огортає вивід.
Але на фото є кілька місць, де припою явно замало. На двосторонній платі з металізацією це ще зійде (там припій затікає також усередину отвору), але так не можна робити на односторонній платі: з часом таке паяння може «відпасти».


Виводи транзисторів також треба попередньо сформувати. Робити це слід так, щоб вивід не деформувався біля основи корпусу (старожили згадають легендарні КТ315, у яких любили відламуватися виводи).
Потужні компоненти я формую трохи інакше. Їх формують так, щоб компонент стояв над платою: тоді менше тепла передаватиметься платі й не руйнуватиме її.


Так на платі виглядають сформовані потужні резистори.
Усі компоненти паялися лише знизу, а припій, який ви бачите на верхньому боці плати, проник крізь отвір завдяки капілярному ефекту. Бажано паяти так, щоб припій трохи проникав на верхній бік: це підвищить надійність паяння, а для важких компонентів — ще й стійкість.


Якщо до цього я формував виводи компонентів пінцетом, то для діодів уже знадобляться невеликі плоскогубці з вузькими губками.
Виводи формують приблизно так само, як у резисторів.


Але під час установлення є відмінності.
Якщо компоненти з тонкими виводами спочатку встановлюють, а потім обрізають, то з діодами все навпаки. Після обрізання такий вивід просто не зігнеш, тому спочатку загинаємо вивід, а потім обрізаємо зайве.


Силовий вузол зібраний із двох транзисторів, увімкнених за схемою Дарлінгтона.
Один із транзисторів установлюється на невеликий радіатор, бажано з термопастою.
У комплекті було чотири гвинтики М3, один із них іде сюди.


Кілька фото майже спаяної плати. Установлення клемників та решти компонентів описувати не буду: тут усе інтуїтивно зрозуміло, та й на фото видно.
До речі, щодо клемників: на платі встановлено клемники для підключення входу, виходу та живлення вентилятора.




Плату я поки не промивав, хоча часто роблю це на цьому етапі.
Причина в тому, що буде ще невеликий етап доопрацювання.


Після основного етапу складання в нас залишилися такі компоненти.
Потужний транзистор
Два змінні резистори
Два роз'єми для встановлення на плату
Два роз'єми з проводами; до речі, проводи дуже м'які, але невеликого перерізу.
Три гвинтики.


Спочатку виробник задумав розмістити змінні резистори безпосередньо на платі, але в такому разі вони стоять настільки незручно, що я навіть не став їх паяти й показав лише для прикладу.
Вони розташовані дуже близько один до одного, і регулювати буде вкрай незручно, хоча й можливо.


Але дякую, що не забули покласти в комплект проводи з роз'ємами — так набагато зручніше.
У такому вигляді резистори можна винести на передню панель приладу, а плату встановити у зручному місці.
Заодно припаяв потужний транзистор. Це звичайний біполярний транзистор, але з максимальною розсіюваною потужністю до 100 Вт (звісно, за умови встановлення на радіатор).
Залишилося три гвинтики, і я навіть не зрозумів, куди їх застосувати: якщо по кутах плати, то потрібно чотири, а якщо кріпити потужний транзистор, то вони закороткі. Одне слово, загадка.


Живити плату можна від будь-якого трансформатора з вихідною напругою до 22 В (у характеристиках заявлено 24, але вище я пояснив, чому таку напругу не можна використовувати).
Я вирішив використати трансформатор для підсилювача «Романтика», який давно в мене лежить. Чому для, а не від? Та тому, що він іще ніде не стояв :)
Цей трансформатор має дві вихідні силові обмотки по 21 В, дві допоміжні по 16 В та екранувальну обмотку.
Напругу вказано для вхідних 220 В, але оскільки в нас тепер стандарт — 230 В, то й вихідні напруги будуть трохи вищими.
Розрахункова потужність трансформатора — близько 100 Вт.
Вихідні силові обмотки я з'єднав паралельно, щоб отримати більший струм. Звісно, можна було використати схему випрямлення з двома діодами, але краще від цього не буде, тож залишив як є.


Перше пробне ввімкнення. На транзистор я встановив невеликий радіатор, але навіть у такому вигляді він досить сильно нагрівався, адже блок живлення лінійний.
Регулювання струму й напруги відбувається без проблем, усе запрацювало відразу, тож цей конструктор уже цілком можу рекомендувати.
На першому фото — стабілізація напруги, на другому — струму.


Спочатку я перевірив, яку напругу видає трансформатор після випрямлення, адже від цього залежить максимальна вихідна напруга.
У мене вийшло близько 25 В, небагато. Ємність фільтрувального конденсатора — 3300 мкФ, я б радив її збільшити, але навіть у такому вигляді пристрій цілком працездатний.


Оскільки для подальшої перевірки вже треба було використовувати нормальний радіатор, я перейшов до складання всієї майбутньої конструкції, адже встановлення радіатора залежало від задуманої компоновки.
Я вирішив використати радіатор Igloo7200, який у мене був. За заявою виробника, такий радіатор здатен розсіювати до 90 Вт тепла.


У пристрої буде використано корпус Z2A, за задумом польського виробництва, ціною близько 3 доларів.


Спочатку я хотів відійти від корпусу, який уже приївся моїм читачам і в якому я збираю всілякі електронні штучки.
Для цього я вибрав трохи менший корпус і купив до нього вентилятор із решіткою, але вмістити в нього всю начинку не вдалося, тож довелося придбати другий корпус і, відповідно, другий вентилятор.
В обох випадках я купував вентилятори Sunon — мені дуже подобається продукція цієї фірми. Також в обох випадках це були вентилятори на 24 В.


Ось так, за моїм задумом, мали встановлюватися радіатор, плата й трансформатор. Навіть залишається трохи місця для розширення начинки.
Встановити вентилятор усередині ніяк не вдавалося, тож вирішив розмістити його зовні.


Розмічаємо кріпильні отвори, нарізаємо різьбу, прикручуємо для примірки.


Оскільки внутрішня висота вибраного корпусу становить 80 мм, а плата має такий самий розмір, я закріпив радіатор так, щоб плата розташовувалася симетрично відносно нього.


Виводи потужного транзистора також треба трохи сформувати, щоб вони не деформувалися, коли транзистор притискають до радіатора.


Невеликий відступ.
Виробник чомусь передбачив місце для встановлення досить невеликого радіатора, тому під час встановлення нормального виходить так, що стабілізатор живлення вентилятора та роз’єм для його підключення заважають.
Мені довелося їх випаяти, а місце, де вони були, заклеїти скотчем, щоб не було контакту з радіатором, адже на ньому є напруга.


Зайвий скотч зі зворотного боку я обрізав, інакше виглядало б зовсім неохайно — зробимо все за феншуєм :)


Так виглядає друкована плата з остаточно встановленим радіатором. Транзистор встановлюється через термопасту, і краще використати якісну термопасту, адже транзистор розсіює потужність, порівнянну з потужністю потужного процесора, тобто близько 90 Вт.
Заодно я відразу зробив отвір для встановлення плати регулятора обертів вентилятора, який зрештою все одно довелося пересвердлювати :)


Мабуть, дехто відразу помітив на платі підлаштувальний резистор і замислився, навіщо він тут потрібен.
Наявність цього резистора зумовлена правильною схемотехнікою цього блока живлення.
Оскільки живлення операційних підсилювачів двополярне, потрібно встановити нуль на виході блока живлення, коли регулятор напруги повернуто до крайнього лівого положення.
У крайніх положеннях резистор задає на виході напругу від -0.138 до 0.15 Вольта.
Від’ємна напруга «просочується» паразитним шляхом і має малий струм.


Щоб встановити нуль, я викрутив обидва регулятори до крайнього лівого положення, від’єднав навантаження й виставив на виході нуль. Тепер вихідна напруга регулюватиметься від нуля.


Далі — кілька тестів.
Я перевіряв точність підтримання вихідної напруги.
Холостий хід, напруга 10.00 Вольт
1. Струм навантаження 1 Ампер, напруга 10,00 Вольт
2. Струм навантаження 2 Ампера, напруга 9.99 Вольта
3. Струм навантаження 3 Ампера, напруга 9.98 Вольта.
4. Струм навантаження 3,97 Ампера, напруга 9.97 Вольта.
Характеристики дуже непогані, за бажання їх можна ще трохи поліпшити, змінивши точку підключення резисторів зворотного зв’язку за напругою, але, як на мене, і так достатньо.


Також я перевірив рівень пульсацій. Перевірка відбувалася за струму 3 Ампери та вихідної напруги 10 Вольт


Рівень пульсацій становив близько 15мВ, що дуже добре. Щоправда, я подумав, що насправді пульсації, показані на скриншоті, радше проникали від електронного навантаження, ніж від самого БЖ.


Після цього я взявся за складання пристрою загалом.
Почав зі встановлення радіатора з платою блока живлення.
Для цього розмітив місце для вентилятора та роз'єму підключення живлення.
Отвір розмічав не зовсім круглим, із невеликими «зрізами» зверху й знизу — вони потрібні, щоб задня панель залишалася міцнішою після вирізання отвору.
Найбільшу складність зазвичай становлять отвори складної форми, наприклад під роз'єм живлення.


Великий отвір вирізається з великої купи маленьких :)
Дрилька + свердло діаметром 1мм іноді творять дива.
Свердлимо отвори, багато отворів. Може здатися, що це довго й нудно. Та ні, навпаки, це дуже швидко: повне свердління панелі займає близько 3 хвилин.


Після цього я зазвичай ставлю свердло трохи більшого діаметра, наприклад 1.2-1.3мм, і проходжу ним, наче фрезою. Виходить ось такий проріз:


Після цього беремо невеликий ніж і зачищаємо отримані отвори, заодно трохи підрізаємо пластмасу, якщо отвір вийшов замалим. Пластмаса досить м'яка, тож працювати з нею зручно.


На останньому етапі підготовки свердлимо кріпильні отвори. Можна сказати, що основну роботу над задньою панеллю завершено.


Встановлюємо радіатор із платою та вентилятор, приміряємо результат і за потреби «допрацьовуємо напилком».


Майже на самому початку я згадав про доопрацювання.
Доопрацьовувати буду небагато.
Для початку я вирішив замінити штатні діоди у вхідному діодному мосту на діоди Шотткі. Для цього купив чотири штуки 31DQ06. І тут я повторив помилку розробників плати, за інерцією купивши діоди на той самий струм, хоча треба було на більший. Але нагрівання діодів усе одно буде меншим, адже падіння напруги на діодах Шотткі менше, ніж на звичайних.
По-друге, я вирішив замінити шунт. Мене не влаштовувало не лише те, що він гріється як праска, а й те, що на ньому падає близько 1.5 Вольта, які можна пустити в діло (тобто в навантаження). Для цього я взяв два вітчизняні резистори 0.27Ома 1% (це ще й поліпшить стабільність). Чому розробники так не зробили — незрозуміло: ціна рішення абсолютно така сама, як і у варіанті зі штатним резистором на 0.47 Ома.
Ну і вже радше як доповнення я вирішив замінити штатний конденсатор фільтра 3300мкФ на якісніший і ємніший Capxon 10000 мкФ…


Так виглядає конструкція після заміни компонентів і встановлення плати термоконтролю вентилятора.
Вийшло трохи по-колгоспному, до того ж я випадково зірвав одну контактну площадку на платі під час встановлення потужних резисторів. Узагалі можна було спокійно використати менш потужні резистори, наприклад один резистор на 2 Ватта, просто такого в мене не було.


Знизу також додалося трохи компонентів.
Резистор на 3.9к, паралельно крайнім контактам роз'єму для підключення резистора регулювання струму. Він потрібен, щоб зменшити напругу регулювання, оскільки напруга на шунті тепер інша.
Пара конденсаторів на 0.22мкФ: один паралельно виходу резистора регулювання струму, щоб зменшити наведення, другий просто на виході блока живлення. Він не дуже потрібен, просто я випадково дістав одразу пару й вирішив використати обидва.


Усю силову частину з'єднано, на трансформаторі заодно встановлено плату з діодним мостом і конденсатором для живлення індикатора напруги.
Загалом ця плата в поточному варіанті необов'язкова, але живити індикатор від граничних для нього 30 Вольт у мене рука не піднялася, тож я вирішив використати додаткову обмотку на 16 Вольт.


Для облаштування передньої панелі використано такі компоненти:
Клеми для підключення навантаження
Пара металевих ручок
Вимикач живлення
Червоний світлофільтр, заявлений як світлофільтр для корпусів КМ35
Для індикації струму й напруги я вирішив використати плату, що залишилася в мене після написання одного з оглядів. Але мене не влаштовували маленькі індикатори, тому я купив більші, з висотою цифр 14мм, і виготовив для них друковану плату.

Узагалі це тимчасове рішення, але навіть тимчасово хотілося зробити все акуратно.


Кілька етапів підготовки передньої панелі.
1. Креслимо макет передньої панелі в натуральну величину (я використовую звичайний Спринт Лайаут). Перевага використання однакових корпусів у тому, що підготувати нову панель дуже просто, адже необхідні розміри вже відомі.
Прикладаємо роздруківку до передньої панелі й у кутах квадратних/прямокутних отворів свердлимо розмічальні отвори діаметром 1мм. Тим самим свердлом насвердлюємо центри решти отворів.
2. За отриманими отворами розмічаємо місця різання. Міняємо інструмент на тонку дискову фрезу.
3. Прорізаємо прямі лінії: спереду чітко за розмірами, ззаду трохи більше, щоб проріз був якомога повнішим.
4. Виламуємо вирізані шматки пластику. Я зазвичай їх не викидаю, бо вони ще можуть стати в пригоді.


Як і під час підготовки задньої панелі, обробляємо отримані отвори ножем.
Отвори великого діаметра рекомендую свердлити конічним свердлом, воно не «закушує» пластик.


Приміряємо те, що в нас вийшло, і за потреби допрацьовуємо надфілем.
Мені довелося трохи розширити отвір під вимикач.


Як я писав вище, для індикації вирішив використати плату, що залишилася від одного з попередніх оглядів. Узагалі це дуже погане рішення, але для тимчасового варіанта цілком придатне — пізніше поясню чому.
Випаюємо з плати індикатори й роз’єми, продзвонюємо старі та нові індикатори.
Я записав собі розпіновку обох індикаторів, щоб не заплутатися.
У початковому варіанті використовувалися чотирирозрядні індикатори, я ж використав трирозрядні, бо більше не вміщалося у віконце. Але оскільки четвертий розряд потрібен лише для відображення літери A або U, його втрата не критична.
Світлодіод індикації режиму обмеження струму я розташував між індикаторами.


Готую все необхідне, зі старої плати випаюю резистор на 50мОм, який, як і раніше, використовуватиметься як шунт для вимірювання струму.
Із цим шунтом пов’язана проблема. Річ у тім, що в такому варіанті падіння напруги на виході становитиме 50мВ на кожен 1 Ампер струму навантаження.
Позбутися цієї проблеми можна двома способами: використати два окремі вимірювачі — для струму й напруги, живлячи вольтметр від окремого джерела живлення.
Другий спосіб — встановити шунт у плюсовому колі БЖ. Обидва варіанти не підходили для тимчасового рішення, тому я вирішив наступити на горло власному перфекціонізму й зробити спрощений, але далеко не найкращий варіант.


Для конструкції я використав монтажні стійки, що залишилися від плати DC-DC перетворювача.
З ними вийшла дуже зручна конструкція: плата індикатора кріпиться до плати ампер-вольтметра, яка, своєю чергою, кріпиться до плати силових клем.
Вийшло навіть краще, ніж я очікував :)
Також на платі силових клем я розташував шунт для вимірювання струму.


У підсумку вийшла така конструкція передньої панелі.


А потім я згадав, що забув установити потужніший захисний діод. Довелося допаювати його вже потім. Я використав діод, що залишився після заміни діодів у вхідному мосту плати.
Звісно, за-хорошим треба було б ще додати запобіжник, але це вже не в цій версії.


А от резистори регулювання струму й напруги я вирішив поставити кращі, ніж ті, що запропонував виробник.
Рідні цілком якісні й мають плавний хід, але це звичайні резистори, і, як на мене, лабораторний блок живлення має давати змогу точніше підлаштовувати вихідну напругу та струм.
Ще коли я думав замовити плату БЖ, то побачив у магазині багатообертові резистори і замовив їх на огляд, тим паче що вони мали такий самий номінал.


Зазвичай для таких цілей я використовую інші резистори: у них поєднано одразу два резистори — для грубого й плавного регулювання, але останнім часом не можу знайти їх у продажу.
Може, хтось знає їхні імпортні аналоги?


Резистори цілком якісні, кут повороту — 3600 градусів, або, простіше кажучи, 10 повних обертів, що дає змогу змінювати напругу на 3 Вольти або струм на 0.3 Ампера за 1 оберт.
З такими резисторами точність регулювання приблизно в 11 разів вища, ніж зі звичайними.


Нові резистори порівняно з рідними — габарити, звісно, вражають.
Заодно я трохи вкоротив дроти до резисторів, це має поліпшити завадостійкість.


Усе запакував у корпус, і навіть залишилося трохи місця — є куди рости :)


Екранувальну обмотку я з'єднав із заземлювальним провідником роз'єму, плата додаткового живлення розташована просто на клемах трансформатора. Це, звісно, не дуже акуратно, але іншого варіанта я поки не придумав.


Перевірка після складання. Усе запрацювало майже з першого разу: я випадково переплутав два розряди на індикаторі й довго не міг зрозуміти, що не так із регулюванням. Після перемикання все стало як треба.


Останній етап — вклеювання світлофільтра, встановлення ручок і складання корпусу.
Світлофільтр має по периметру потоншення: основна частина втоплюється у вікно корпусу, а тонша частина приклеюється двостороннім скотчем.
Ручки спочатку були розраховані на діаметр вала 6.3мм (якщо не плутаю), у нових резисторів вал тонший, тож довелося надіти на вал пару шарів термоусадки.
Передню панель я вирішив поки ніяк не оформлювати, і на це є дві причини:
1. Керування настільки інтуїтивно зрозуміле, що написи поки не мають особливого сенсу.
2. Я планую доопрацьовувати цей блок живлення, тому можливі зміни в дизайні передньої панелі.


Кілька фото готової конструкції.
Вигляд спереду:


Вигляд ззаду.
Уважні читачі напевно помітили, що вентилятор установлений так, що видуває гаряче повітря з корпусу, а не нагнітає холодне між ребрами радіатора.
Я вирішив зробити саме так, бо радіатор трохи нижчий за корпус, і щоб гаряче повітря не потрапляло всередину, я встановив вентилятор навпаки. Це, звісно, помітно знижує ефективність відведення тепла, але дає змогу трохи вентилювати й простір усередині БЖ.
Додатково я б рекомендував зробити кілька отворів знизу нижньої половини корпусу, але це вже радше доповнення.


Після всіх переробок струм у мене вийшов трохи меншим, ніж у початковому варіанті, — близько 3.35 Ампера.


Отже, спробую описати плюси й мінуси цієї плати.
Плюси
Відмінна якість виготовлення.
Майже правильна схемотехніка пристрою.
Повний комплект деталей для складання плати стабілізатора блока живлення
Добре підходить радіоаматорам-початківцям.
У мінімальній комплектації додатково потрібні лише трансформатор і радіатор, у розширеній — ще й ампервольтметр.
Після складання повністю працездатний, хоча й має певні нюанси.
На виході блока живлення немає конденсаторів великої ємності, тому він безпечний під час перевірки світлодіодів тощо.

Мінуси
Неправильно вибрано тип операційних підсилювачів, через це діапазон вхідної напруги потрібно обмежити до 22 В.
Не зовсім вдало вибрано номінал резистора вимірювання струму. Він працює в нормальному для нього тепловому режимі, але його краще замінити, оскільки він дуже сильно нагрівається й може зашкодити сусіднім компонентам.
Вхідний діодний міст працює на межі можливостей, краще замінити діоди на потужніші

Моя думка. Під час складання в мене склалося враження, що схему розробляли двоє різних людей: один застосував правильний принцип регулювання, джерело опорної напруги, джерело напруги від’ємної полярності та захист. Другий неправильно підібрав для цього шунт, операційні підсилювачі й діодний міст.
Схемотехніка пристрою мені дуже сподобалася, а в розділі про доопрацювання я спочатку хотів замінити операційні підсилювачі, навіть купив мікросхеми з максимальною робочою напругою 40 В, але потім передумав щось доопрацьовувати. Та загалом рішення досить правильне, регулювання плавне й лінійне. Нагрівання, звісно, є, без нього нікуди. Загалом, як на мене, для радіоаматора-початківця це дуже непоганий і корисний набір для складання.
Напевно, знайдуться люди, які напишуть, що простіше купити готовий пристрій, але я вважаю, що зібрати самому і цікавіше (мабуть, це найголовніше), і корисніше. До того ж у багатьох удома цілком можуть знайтися і трансформатор, і радіатор від старого процесора, і якась коробочка.

Поки писав огляд, у мене ще більше зміцнилося відчуття, що він стане початком серії оглядів, присвячених лінійному блоку живлення. Є думки щодо доопрацювання —
1. Перевести індикацію та керування на цифровий варіант, можливо, з підключенням до комп’ютера
2. Замінити операційні підсилювачі на високовольтні (поки не знаю, на які саме)
3. Після заміни ОП хочу зробити два ступені, що перемикатимуться автоматично, і розширити діапазон вихідної напруги.
4. Змінити принцип вимірювання струму в пристрої індикації так, щоб під навантаженням не було просідання напруги.
5. Додати можливість вимикати вихідну напругу кнопкою.

На цьому, мабуть, і все. Можливо, ще щось згадаю й доповню, але найбільше чекаю на коментарі із запитаннями.
Також планую присвятити ще кілька оглядів наборам для радіоаматорів-початківців. Можливо, хтось запропонує якісь конкретні набори.


Товар надано магазином для написання огляду.