Набір для складання лінійного регульованого БЖ 60 Вольт 20 Ампер

Тема сьогоднішнього огляду досить відома радіоаматорам. Оглядів регульованих БЖ, як і наборів для їх складання, чимало. Я теж публікував кілька подібних оглядів. Але сьогодні в мене дещо незвичайний варіант — і за потужністю, і за схемотехнікою. Звісно, радіоаматори вже не раз застосовували всі ці рішення, але такий набір я зустрів уперше, про що й планую розповісти.


Для початку, мабуть, варто сказати, що це фактично перший огляд із щонайменше трьох. Планую продовжити цю серію і зрештою зібрати потужний лінійний БЖ із цифровим керуванням. Я лише припускаю, яким він вийде: на остаточну конструкцію, найімовірніше, вплинуть не тільки мої думки, а й пропозиції в коментарях.
Щоб було зручніше розібратися, що являє собою цей "набір для складання", мені знову довелося зайнятися реверс-інжинірингом і перемалювати принципову схему.
Утім, розповідатиму послідовно й усе покажу свого часу, а поки перейдемо до товару.

Цей комплект замовляв на Таобао. Натрапив на нього цілком випадково, а на інших торговельних майданчиках він мені не траплявся.
У продавця є різні варіанти комплектації, але сьогодні в огляді — комплект одразу з трьох плат.

Їх надіслали в окремих пакетиках, але в дорозі ці пакетики дещо.... постраждали. Хоча найголовнішу плату додатково запакували, та в будь-якому разі все приїхало цілим.


Як я вже сказав, комплект складається з трьох плат. Усі вони однакового розміру — 100х71мм (без урахування компонентів, що виступають), але відрізняються за висотою. Фактично їх задумано складати "бутербродом", але ніхто не заважає не лише встановлювати їх окремо, а й використовувати майже незалежно одна від одної.

Отже, зліва направо —
1. Плата комутації обмоток трансформатора.
2. Силова частина регулятора напруги.
3. Плата керування та вимірювання.

До першої та третьої плат додаються стійки, але вони призначені лише для встановлення на поверхню корпусу, оскільки мають невелику довжину.


Оскільки такий набір мені траплявся лише на Тао, про всяк випадок зважив його — раптом це допоможе розрахувати вартість доставки.
360 грамів — як на мене, то дуже навіть мало.


Крім того, до комплекту додали набір для міжблочних з’єднань і підключення елементів індикації та регулювання.
Також до комплекту входили —
1. Ізоляційні прокладки зі слюди — 13 штук (потрібно 8)
2. Шість наконечників з ізоляторами для кабелів.
3. 14 гвинтів із шайбами (потрібно 8 штук)
4. Два червоні світлодіоди.


Почну з опису плати комутації, оскільки в ланцюзі вона йде першою.
Ширину й довжину плати вказано вище, висота — близько 35мм без урахування стійок, але з урахуванням виводів.


На сторінці товару плата виглядає трохи інакше, але переважно через тип використаних компонентів.


Силові входи й виходи підключаються за допомогою гвинтової клемної колодки.


Перемикання обмоток здійснюється за допомогою чотирьох електромеханічних реле.


А під час подальшого огляду виявилася проблема, точніше — помилка. Спробую пояснити.
Спершу на фото видно реле, причому досить непогані, але з максимальним струмом контактів 16 Ампер.
Поруч із реле є запобіжник, теж нормальний і на вигляд досить якісний, але розрахований на струм 15 Ампер, хоча на платі місце промарковане як 20 Ампер.

Для тих, хто ще не здогадався, поясню. У характеристиках заявлено 20 Ампер, і саме тут криється головна "пастка". Напевно, багато хто знає: якщо підключити до трансформатора діодний міст, а потім поставити конденсатор, напруга на ньому буде більшою, ніж на обмотці трансформатора, приблизно в 1.4 раза.
Насправді на виводах трансформатора ми бачимо діюче значення напруги (припустімо, 10 Вольт), а на конденсаторі — амплітудне (приблизно 14 Вольт).
Але, як з’ясувалося, не всі знають, що при цьому струм у колі трансформатора також буде в 1.4 раза більшим, ніж після фільтрувального конденсатора, і щоб отримати на виході 1 Ампер, струм у колі трансформатора має становити вже 1.4 Ампера.
Я багато чого спростив, але в будь-якому разі струм до діодного моста буде більшим, ніж після фільтрувального конденсатора.

А тепер повернімося до нашої плати. Для неї заявлено 20 Ампер, отже, до випрямляча струм становитиме вже до 28 Ампер, нехай навіть трохи менше. Але в будь-якому разі це не 20 і тим паче не 15 (як у запобіжника) чи 16 (як у контактів реле). Тому за постійним струмом максимально можна навантажувати лише на 11–12 А замість 20.


Плата живиться від власної обмотки трансформатора, відповідно, на ній є діодний міст, конденсатор фільтра та стабілізатор на 12 В, установлений на радіаторі. По суті, саме цей радіатор і визначає висоту плати.
Для живлення потрібна окрема обмотка трансформатора.
Крім того, ця плата має стандартний триконтактний роз’єм для підключення вентилятора. Оберти не регулюються, вентилятор завжди живиться від стабілізатора на 12 В.
Поруч є місце ще для одного такого самого роз’єму. За задумом сюди можна підключити вольтметр, адже на три контакти виведено землю, 12 В і вихід 0–60 В. Але роз’єм треба ставити іншого типу, бо вентилятор легко спалити (на контакт тахометра виведено 0–60 В). У будь-якому разі схему продумано досить непогано.


А ось, власне, те, що керує реле, — чотириканальний компаратор, а поруч чотири підлаштувальні резистори для регулювання порогів спрацьовування.

Принцип, власне, гранично простий. Плата вимірює вихідну напругу блока живлення і за потреби підключає додаткові обмотки трансформатора. Спочатку живлення надходить від обмотки на 12 В, додатково можна підключити до 4 обмоток із такою самою напругою й отримати від 12 до 60 В із кроком 12 В. У результаті навіть за вихідного струму 20 А на транзисторах розсіюється максимум близько 300 Вт.
Але останні обмотки я б намотував не на 12, а радше на 10–11 В, оскільки за високої напруги менше позначається падіння напруги на діодному мосту.


Усі силові доріжки додатково залуджені великою кількістю припою, але я б зняв припій і припаяв до них мідний дріт — для надійності. Хоча в будь-якому разі без заміни реле струм у цьому колі не перевищить 16 А.


Схема підключення плати.
На виході плати маємо змінну напругу, тому далі потрібні діодний міст і кілька конденсаторів чималої ємності (30000–50000 мкФ) на напругу 100 В.


Далі йде плата регулятора. На ній розташовано вісім транзисторів, низькоомні резистори та інші дрібні компоненти.


Плата відповідає фото продавця, але діод у мене помітно менш потужний.


По суті, вся плата — це один потужний транзистор із великим коефіцієнтом підсилення, призначений лише для одного: підсилювати вихід плати керування, розсіюючи при цьому все зайве тепло.
Ліворуч на платі видно місце для термостата на 55 градусів у корпусі TO-220, який також має бути притиснутий до радіатора. Нижче є місце для роз’єму вентилятора. Але термостата немає, тому охочим доопрацювати плату доведеться встановити термостат, припаяти роз’єм, а також подати 12 В на плату (встановлено вкорочений роз’єм без цього контакту).
Найпростіше встановити звичайний термостат у плоскому корпусі, на температуру 55–60 градусів.


Оскільки транзистори біполярні, у колі емітера кожного встановлено вирівнювальний резистор опором 0.1 Ом. Але таких резисторів 7, а не 8: замість восьмого стоїть резистор номіналом 100 Ом.


Восьмий резистор підключений до першого транзистора, оскільки він керує рештою сімома. Тобто сім транзисторів задіяні в силовій частині, а восьмий керує ними, збільшуючи коефіцієнт підсилення всього модуля.


Усі транзистори однакові, TIP35C, кожен має максимальну потужність розсіювання 125 Вт (за 25 градусів) і струм до 25 А (короткочасно — до 40). Тобто теоретично модуль може видати до 175 А і розсіяти до 875 Вт. Коефіцієнт підсилення транзисторів не дуже великий, близько 50, тому для «розкачування» встановлено ще один, перший. З ним цей параметр відповідно зростає до 2500 (теоретично).


Плату зроблено так, що всі транзистори розташовані в одній площині й можуть бути притиснуті до спільного радіатора. Власне, для цього в комплект поклали гвинти та слюдяні прокладки.
Усі колектори транзисторів з’єднані між собою, а ізоляція потрібна радше для безпеки, адже на колекторі буде до 100 В. Але якщо сам радіатор надійно ізольований і всередину блока живлення ніхто не лізе, то ізоляцію можна не ставити (хоча й не рекомендується). Я б поставив — здоров’я дорожче.


У продавця є багато різних силових модулів, і як варіант пропонується такий. Наскільки я розумію, вони сумісні, але через вагу вартість доставки буде чималою.


Плата керування.
Ця плата також універсальна, оскільки може працювати з різними модулями, і, найімовірніше, я покажу це в наступному огляді.


Тут компонентів уже значно більше, самих лише мікросхем — 6 корпусів. Але все повністю аналогове, жодних мікроконтролерів :)
Та й роз’ємів побільше, але про них пізніше.


На одній із коротких сторін розташовані роз’єми:
1. Живлення плати. Дві обмотки по 15 Вольт, живлення плати двополярне. У крайньому разі можна живити від однієї обмотки, тоді діодний міст і конденсатори працюватимуть як подвоювач, але зростуть пульсації 100 Гц.
2. Вхід 0-60 Вольт, він же вихід на плату реле, оскільки два роз’єми з’єднані паралельно. Плата підтримує чотирипровідне підключення виходу. У повному варіанті до однієї клемної колодки підключаємо дроти від виходу БЖ, бажано ближче до навантаження. З другої клемної колодки беремо сигнал для керування перемиканням обмоток.
3. Три клеми: земля, вхід і вихід. Шунт встановлено в позитивному (регульованому) полюсі БЖ, що дуже корисно.

На виході БЖ стоїть конденсатор 100мкФ 100 Вольт + 0.1мкФ.


Як я вже казав, живлення плати двополярне, стабілізоване, тому можна побачити пару стабілізаторів на 12 Вольт на радіаторах.


У керувальній і вимірювальній частинах, що цікаво, застосовано найрізноманітніші ОП, а не всі одного типу: TL072, TL082, OP07, LM258.


Але припускаю, що «зоопарк» з ОП задуманий не просто так, адже на платі є і прецизійне ДОН AD586L. На вигляд він дуже схожий на БУ, але за характеристиками доволі непоганий: 5ppm у діапазоні температур від -40 до +85, до того ж малошумний. Поруч із ним розташований спеціальний конденсатор, який потрібно встановлювати згідно з даташитом.


Вихідний каскад — ця частина керує силовою платою. Тут же є назва плати керування, але я не знайшов про неї жодної інформації.


Роз’єми з іншого краю плати.
1. Світлодіод індикації CCCV. У комплекті було два світлодіоди, вони вмикаються зустрічно-паралельно. Або можна використати двоколірний світлодіод із двома виводами.
2. Змінний резистор регулювання струму
3. Змінний резистор регулювання напруги. Обидва резистори на 10кОм, номінал зазначено на платі.
4. Вихід на силову плату. Частину контактів не розпаяно, але з їхнім призначенням я вже не розбирався.

Ліворуч від роз’ємів встановлено резистор номіналом 2.7 кОм, увімкнений між землею плати керування та землею виходу БЖ (вони різні).


Паяння та монтаж загалом непогані. Єдине, що дратувало: компоненти на платі не мають порядкових номерів.



Принципова схема. Розумію, вигляд має страхітливий, але я намагався перемалювати її якомога ближче до оригіналу. Плату розведено так, що цей процес часом перетворювався на пекло, хоча сама схема, по суті, не дуже складна.
Я трохи її спростив, прибравши стабілізатори напруги +/-12 Вольт і їхній діодний міст із конденсаторами.
Як можна зрозуміти, застосовано «плаваюче» керування силовим модулем, тому й потрібна окрема обмотка трансформатора для живлення плати керування. Земля плати з’єднана з виходом блока живлення.


Блок-схема з’єднання модулів. Загалом усе гранично просто й збирається як конструктор.


Напевно, ви помітили на схемі незрозумілий перемикач. Спочатку я не зовсім зрозумів його призначення, але коли розібрався, то був приємно здивований.
Річ у тім, що цей БЖ уміє працювати як електронне навантаження. На блок-схемі зеленими стрілками позначено напрямок струму в нормальному режимі роботи як БЖ, а червоними — у режимі роботи як електронне навантаження.
У цьому разі плата задає струм навантаження до тих самих 20 Ампер і потужність, на яку розрахований силовий вузол, а точніше — його охолодження. А оскільки для цього БЖ потрібне охолодження з потужністю розсіювання приблизно 200-300 Ватт, то маємо навантаження з такими самими параметрами. При цьому амперметр працюватиме у штатному режимі й показуватиме струм навантаження.

Загалом рішення просте, красиве й функціональне. Єдиний мінус — окремі клеми на передній панелі. При цьому клема позитивного виходу БЖ є мінусом входу електронного навантаження.


Хоча я зараз і не планую нічого збирати, невеликий тест усе-таки проведу. Хоча в цьому випадку моя мета радше — зробити певну інструкцію зі складання.
Спочатку я взяв усе, що може стати в пригоді.
1. Трансформатор. У цьому випадку їх три, але все одно вони не можуть забезпечити весь діапазон ані за струмом, ані за напругою.
Рекомендую два трансформатори — основний із п’ятьма обмотками по 12 В / 10–20 А та допоміжний із трьома обмотками по 15 В, а ще краще — із чотирма, щоб було звідки живити й амперметр.
2. Діодний міст, його покажу пізніше.
3. Конденсатор фільтра. Для експерименту я взяв 2200 мкФ × 50 В, щоправда, потім додав до нього ще 1000 мкФ. Але цього катастрофічно мало. Розраховуйте щонайменше на 20000 мкФ, а продавець рекомендує понад 40000 мкФ.
4. Змінні резистори. Я використовував звичайні, але, звісно, краще багатообертові, а ще краще — цифрове керування, але про це іншим разом.


Діодний міст KBPC3510 я купив на AliExpress «на додачу» до якогось товару, та й просто для перевірки цієї плати.
Резистори та світлодіод припаяв тимчасово; світлодіод треба замінити, а з резисторами розібратися окремо.


Загалом продавець мені навіть сподобався, адже він продає не лише плати й комплекти, а й правильніший варіант діодного моста і плату для змінних резисторів (резистори продаються окремо). З усім цим складання справді починає нагадувати конструктор.


Спочатку під’єднуємо силову частину та випрямляч. Оскільки в мене загалом вийшло лише 3 обмотки по 12 В замість п’яти, дві клеми залишилися вільними.


Силовий модуль я встановив на «іграшковий» радіатор :) Загалом радіатор потрібен доволі пристойний, адже на ньому розсіюватиметься до 100–200 Вт залежно від режиму роботи. А якщо ви плануєте використовувати цей БЖ як електронне навантаження, його потужність визначатиметься розмірами радіатора.


Під’єднуємо всі силові з’єднання — тут, гадаю, і так усе зрозуміло. Головне — уважно поставитися до клеми заземлення плати керування: якщо тут зникне контакт, на виході, найімовірніше, буде повна напруга.


Потім треба з’єднати всі три плати, щоб вони працювали разом. При цьому від плати керування трижильний кабель іде до силової плати регулятора, а двожильний — до плати реле. Насправді в обох кабелях використовуються лише два дроти: у трижильному середній дріт обрізаний біля одного з роз’ємів. Оскільки всі кабелі мають роз’єми, під’єднання значно спрощується.
Зрештою у вас мають залишитися три кабелі, кожен з одним роз’ємом.


Про всяк випадок — ближче.


Під’єднуємо допоміжний трансформатор. Найкращий із тих, що я знайшов, видавав 15, 9,5 і 19 В. Для живлення плати керування я використовував обмотку 15 В, а для плати реле — 9,5 В. Так, вийшло трохи криво: для плати керування все-таки краще мати дві обмотки по 15 В, а 9,5 В для плати реле замало, тож стабілізованих 12 В я не отримав. Але для перевірки цього більш ніж достатньо.
Нагадую: для плати керування потрібні дві обмотки 15+15 В, з’єднані послідовно; для плати реле — одна обмотка 15 В. При цьому плати мають живитися саме від незалежних обмоток!

Загалом можна розмістити всі обмотки на одному трансформаторі, але якщо плануєте використовувати функцію електронного навантаження, я б узяв два трансформатори, а потужний вмикав би лише в режимі блока живлення. Керування живленням і режимом роботи можна об’єднати в одному перемикачі.

Ось, власне, і все: живлення подано, світлодіод світиться. Я випадково під’єднав його так, що він показує режим CV, хоча логічніше було б призначити червоний колір режиму CC.
Заодно під’єднав вентилятор до штатного роз’єму, але в такому режимі він постійно ввімкнений, що дратує.

У результаті у вас залишиться один дріт, потрібний для чотирипровідного під’єднання навантаження. І без нього все працюватиме, але якщо хочете підвищити точність підтримання вихідної напруги, краще його використовувати.


Невелика порада. Проводи від випрямляча краще робити якомога коротшими. На початковому етапі я замість випрямляча під’єднав свій регульований БЖ довгим проводом і отримав генерацію в невеликому діапазоні вихідної напруги (якщо не плутаю, 20–23 В). Під’єднання навіть конденсатора ємністю 1000 мкФ до вхідних клем плати керування повністю усунуло проблему.


Для першого тесту я просто під’єднав автомобільну лампу до виходу БЖ і відразу зіткнувся з невеликою проблемою.
Річ у тім, що плата реле постачається неналаштованою, тому мій блок живлення не перемикав обмотки.

За допомогою підлаштувальних резисторів налаштовуємо пороги перемикання. Для цього виставляємо резистором певну напругу й обертанням підлаштувального резистора домагаємося перемикання реле. Налаштовуємо знизу вгору, тобто спочатку реле 1, резистор 1, мінімальна напруга, потім реле 2, резистор 2. Обертання вправо — збільшення напруги.
На сторінці товару є рекомендовані пороги —



Ще трохи тестів. Якщо цікавлять інші тести, пишіть. Оскільки планується ще щонайменше два огляди з цими платами, у наступному огляді наведу результати тестування.

1. З трьома обмотками по 12 Вольт я отримав максимум 46 Вольт. Але це на холостому ходу.
2. Струм при КЗ вихідних клем сягав максимум 17 Ампер. Трансформатор у мене зовсім слабкий, та й конденсатор фільтра був 3200мкФ (2200+1000).

Зате стабільність вихідної напруги просто на найвищому рівні, принаймні за таку ціну :)
3. Виставляємо без навантаження 10.747 Вольта
4. Навантажуємо струмом близько 4 Ампер і отримуємо ті самі 10.747 Вольта. Іноді плавала остання цифра на +/-1, але не думаю, що це суттєво.
При цьому пам’ятаємо, що:
1. Конденсатор фільтра всього 3200мкФ
2. Плата керування живиться не від двох обмоток, а від однієї.


Відеоверсія огляду


Тепер можна підбити невеликі попередні підсумки. Із переваг зазначу:
1. Непогана конструкція та схемотехніка
2. У комплекті є майже все необхідне. Точніше, усе, крім трансформатора, радіаторів і конденсаторів фільтра, але їх дешевше купити на місці.
3. Висока точність підтримання напруги.
4. Чотирипровідне підключення
5. Плата реле, що дає змогу істотно зменшити нагрівання силового модуля.
6. Можливість використання як електронного навантаження.

Є й недоліки.
1. Якщо з напругою все гаразд, то для отримання заявлених 20 Ампер доведеться замінити реле та запобіжник.
2. Перемикання обмоток зменшує нагрівання, але в момент перемикання можуть виникати невеликі викиди напруги.
3. Потрібна велика кількість обмоток трансформатора — загалом не менше 8, в ідеалі 9.

Іноді перемикання обмоток під навантаженням було не зовсім чітким через дуже малу ємність конденсатора фільтра, тож довелося трохи знизити пороги перемикання.

Навіть з урахуванням недоліків можу сказати, що комплект дуже цікавий. Можливо, не надто дешевий, але зібрати таке самостійно з нуля теж дорого, навіть якщо рахувати лише компоненти. Дуже сподобалося, що все збирається дуже легко — фактично нічого особливо й паяти не треба. При цьому за стабільністю БЖ показав хороший результат. До речі, продавець рекомендує використовувати дротяні резистори для регулювання, оскільки звичайні мають гіршу часову стабільність.

У наступній частині розповім про альтернативний варіант силового модуля, а далі готуватиму огляд модуля для цифрового керування. На сьогодні в мене все, як завжди, чекаю на запитання й коментарі.

Замовлення оформлював через посередника yoybuy.com, посилання реферальне, вам дає купон 10 від 50, я з нього нічого не маю.
Вартість комплекту разом із доставкою орієнтовно становить 40-45 доларів.