ТЕХНІЧНИЙ ПАСПОРТ На діючу модель «Лабораторний блок живлення з цифровим індикатором вихідної напруги та струму»

Міністерство освіти і науки України

СТАНЦІЯ ЮНИХ ТЕХНІКІВ

ТЕХНІЧНИЙ ПАСПОРТ

На діючу модель «Лабораторний блок живлення з цифровим індикатором вихідної напруги та струму»

Модель виготовлена ​​на заняттях гуртка

«Юні конструктори приладів РЕА»

Ковальов Віктор Валерійович  група 2-А ІАТФК

Мокан Георгій Іванович група 1-А ІАТФК

Керівник гуртка: Петрусенко О.Ф.

м. Ізмаїл, 2017 р.

Вступ

Лабораторні блоки живлення являють собою стабілізовані регульовані джерела живлення, що забезпечують високу точність вихідного сигналу при зміні параметрів навантаження та напруги живлення в широких межах. За схемною побудовою лабораторні блоки живлення поділяються на лінійні та імпульсні.

На ринку лабораторних блоків живлення пропонується безліч серій від різних виробників. Одні моделі приваблюють низькою ціною, інші великим виглядом передньої панелі, треті різноманітністю функцій. Тому правильний вибір такого розповсюдженого приладу стає непростим завданням. При цьому ретельне порівняння характеристик та можливостей моделей різних виробників може не дати відповіді на головне питання: який лабораторний блок живлення вибрати для моїх завдань? У цій статті, покладаючись на свій досвід роботи, ми розповімо про прості критерії вибору оптимального лабораторного блоку живлення, їх різновиди, відмінності та переваги. Після цього, ми розглянемо кілька типових завдань та запропонуємо для кожної з них моделі блоків живлення, обравши які Ви зможете ефективно працювати та збережете свої гроші, час та нерви.

Різновиди лабораторних блоків живлення

Для початку, давайте розберемося з існуючими назвами. Чим відрізняється лабораторний блок живлення від простого блоку живлення? Або в чому відмінність блоку живлення від джерела живлення? Ось прості визначення: 1. Лабораторним блоком живлення називають прилад, який призначений для формування напруги, що регулюється, або струму по одному або декільком каналам. Лабораторний блок живлення містить дисплей, елементи керування, захист від неправильного використання, а також корисні додаткові функції. Весь матеріал на цій сторінці присвячений саме таким приладам. 2. Лабораторне джерело живлення - це те саме, що й лабораторний блок живлення. 3. Просто блоком живлення називають електронний пристрій, призначений для формування заздалегідь заданої напруги по одному або декільком каналам. Блок живлення, як правило, не має дисплея та кнопок управління. Типовий приклад - це комп'ютерний блок живлення на кілька сотень ват. 4. Джерела живлення бувають двох типів: первинні та вторинні. Первинні джерела електроживлення перетворять неелектричні види енергії на електричну. Приклади первинних джерел: електрична батарея, сонячна батарея, вітрогенератор та інші. Вторинні джерела електроживлення перетворюють один вид електричної енергії на інший для забезпечення необхідних параметрів напруги, струму, частоти, пульсацій і т. д. Приклади вторинних джерел живлення: трансформатор, AC/DC перетворювач (наприклад, комп'ютерний блок живлення), DC/DC перетворювач, стабілізатор напруги та ін. До речі, лабораторний блок живлення - це один із різновидів вторинного джерела електроживлення.

Тепер докладно обговоримо різновиди та основні характеристики лабораторних блоків живлення:

1. За принципом роботи: лінійні чи імпульсні.

2. Діапазон напруги та струму: фіксований або з автоматичним обмеженням потужності.

3. Кількість каналів: одноканальні або багатоканальні.

4. Ізоляція каналів: із гальванічно ізольованими каналами або з неізольованими.

5. За потужністю: стандартні або великі потужності.

6. Наявність захисту: від перевантаження по напрузі, струму, від перегріву та інші.

7. Форма вихідного сигналу: постійна напруга та струм або змінна напруга та струм.

8. Варіанти керування: тільки ручне керування або ручне плюс програмне керування.

9. Додаткові функції: компенсація падіння напруги у проводах підключення, вбудований прецизійний мультиметр, зміна виходу за списком заданих значень, активація виходу за таймером, імітація акумулятора із заданим внутрішнім опором, вбудоване електронне навантаження та інші.

10. Надійність: якість елементної бази, продуманість дизайну, ретельність вихідного контролю.

Опис та принцип роботи

Лінійний блок живлення (його ще називають трансформаторним блоком живлення) будується на базі великого низькочастотного трансформатора, який знижує вхідну напругу 220 В, 50 Гц до кількох десятків вольт із частотою 50 Гц. Після цього знижена синусоїдальна напруга випрямляється за допомогою діодного мосту, згладжується групою конденсаторів і знижується лінійним транзисторним стабілізатором до заданого рівня. Перевага такого принципу роботи у відсутності високочастотних перемикаючих елементів. Вихідна напруга лінійного джерела живлення точна, стабільна і не містить високочастотних пульсацій.

Проте, лінійний блок живлення має чимало недоліків. Основний з них - великі втрати потужності на транзисторному стабілізаторі, який перетворює на тепло всю надмірну напругу, що надходить на нього зі схеми випрямлення. Наприклад, якщо вихідна напруга блоку живлення встановлено рівним 5, а випрямлену напругу вторинної обмотки дорівнює 25, то на транзисторному стабілізаторі буде розсіюватися в 4 рази більше потужності, ніж надходитиме в навантаження. Тобто, у лінійного блоку живлення низький коефіцієнт корисної дії (ККД) зазвичай менше 60%. Як наслідок низького ККД, отримуємо невелику корисну потужність та підвищену масу. Для поліпшення ситуації, у реальних приладах використовується кілька вторинних обмоток трансформатора, але проблему низького ККД це все одно не вирішує. Тому лінійні лабораторні блоки живлення, що серійно випускаються, забезпечують потужність на навантаженні до 200 Вт при масі приладу від 5 до 10 кг. Є ще дві проблеми, про які кажуть рідко. Хоча сам лінійний блок живлення не створює високочастотних перешкод, вони все одно легко можуть проникати з мережі живлення 220 В через ємнісний зв'язок первинної і вторинної обмоток головного трансформатора. У дорогих моделях застосовують конструктивні рішення для боротьби з цим ефектом, наприклад, феритові фільтри, але перешкоди з мережі живлення все одно можуть з'явитися на виході приладу і про цю особливість треба пам'ятати. Якщо Вам потрібна максимально чиста постійна напруга, то є сенс використовувати додатковий якісний мережевий фільтр перед лабораторним блоком живлення. Друга проблема - це деградація (висихання) групи конденсаторів, що згладжують, особливо в дешевих моделях. При значному зниженні ємності групи конденсаторів, що згладжують, на виході блоку живлення з'являться провали напруги з частотою 100 Гц.

Регульоване джерело живлення виконано за простою схемою із застосуванням лінійного стабілізатора LM350. Лінійний регулятор напруги LM350 здійснює регулювання напруги в діапазоні від 1.2В до 33В при максимальній вхідній напрузі 35В і здатний забезпечити навантаження максимальним струмом 3А. Типова схема включення регульованого стабілізатора обмежена кількістю зовнішніх компонентів, і містить всього чотири конденсатори по входу та виходу, включаючи два резистори, що утворюють дільник напруги. Змінним резистором регулюють напругу на виході пристрою. Внутрішня структура приладу містить джерело опорної напруги, захист від короткого замикання на виході, і потужний складовий транзистор, який забезпечує навантаження максимальним струмом. З метою запобігання перегріву мікросхеми при роботі з максимальним струмом прилад встановлюють на відповідний тепловідвід. Діапазон регулювання напруги залежить від напруги, що подається на вхід мікросхеми, і не має перевищувати 35В. Діодний міст розраховується на робочий струм не менше 5 А та допустима напруга не менше 50 В.

Стабілізатор напруги LM350Т виробництва Texas Instruments є універсальною інтегральною мікросхемою, яка може бути підключена численними способами для отримання високоякісних ланцюгів живлення.

Технічні характеристики стабілізатора LM350Т:

•                 забезпечення вихідної напруги від 1,2 до 32 В;
•                 струм навантаження до 5 A;
•                 наявність захисту від можливого короткого замикання;
•                 надійний захист мікросхеми від перегріву;
•                 погрішність вихідної напруги 0,1%.

Інтегральна мікросхема LM350Т випускається у двох варіантах корпусів - це в металевому корпусі TO-3 та у пластиковому TO-220 (мал. 1)

(мал. 1) Металевий корпус TO-3 та пластиковий TO-220.

(мал. 2) Металевий корпус TO-3 та пластиковий TO-220. Розпинування відводів стабілізатора LM350Т.

Основні технічні характеристики LM350Т

Дана схема – типове підключення обв'язки LM350Т. Схема блоку живлення забезпечує регульовану вихідну напругу від 1,25 до максимуму вхідної напруги, що подається, яка не повинна бути більше 35 вольт.

Змінний резистор R1 використовується для плавного регулювання вихідної напруги.

На нижній панелі пристрою закріплений силовий трансформатор. На алюмінієвому радіаторі площею 400 квадратних сантиметрів, закріпленим на стійках М4, розташовані діодний міст 6А 600В, інтегральний стабілізатор LM350T з типовою обв'язкою. Також на нижній панелі закріплені конденсатори фільтра 6800МКФ 50В.

Конструкція приладу

Корпус приладу виконаний із 12 мм бакелітової фанери. Верхня кришка приладу виготовлена ​​із оцинкованої сталі товщиною 1,5 мм. З боків на верхній кришці проштамповані отвори діаметром 80 мм для додаткової вентиляції внутрішнього об'єму приладу. Отвори закриті алюмінієвими декоративними ґратами. Все це пофарбоване чорною емаллю ПФ-115. На задній панелі розташований отвір діаметром 80мм для кулера від комп'ютерного блока живлення. Отвір закритий декоративними ґратами для техніки безпеки. На задній стінці справа боку розташована клема заземлення. На лицьовій панелі розташовані цифровий індикатор вихідної напруги та струму. Індикатор виготовлений за наступною схемою:

Цей індикатор виготовлений на одній друкованій платі та розглядається як стандартний заводський виріб.

На лицьовій панелі розташований вмикач (мережа) з підсвічуванням, регулятор вихідної напруги, що дозволяє регулювати вихідну напругу 1,25-32В, зі струмом навантаження до 5А. Тут же розташовані клеми до яких підключається навантаження.

Налаштування приладу полягає в наступному: необхідно зняти вольт-амперну характеристику блоку живлення за допомогою непрямого вимірювання струму та напруги за допомогою реостата 7,5Ом, 10А, вольтомметра Ц4311, Ц4352М1. Змінюючи опір навантаження контролюємо вихідну напругу та струм. Наприкінці налагодження приладу повіряємо працездатність після короткого замикання.

Правила техніки безпеки під час експлуатації блоку живлення:

• перед експлуатацією блока живлення його необхідно заземлити;
• підключати полярність навантаження відповідно до чорної та червоної клеми;
• виключити попадання сторонніх предметів у бічні та задні отвір приладу.