Набор для сборки линейного регулируемого БП 60 Вольт 20 Ампер

Тема сегодняшнего обзора по своему довольно известна радиолюбителям. Обзоров регулируемых БП, как и конструкторов для их сборки, довольно много. Я тоже выкладывал пару подобных обзоров. Но сегодня у меня несколько необычный вариант, причем как в плане мощности, так и в плане схемотехники. Конечно все эти решения уже неоднократно применялись радиолюбителями, но вот все это в виде набора я встретил впервые, о чем и планирую рассказать.


Для начала наверное стоит сказать, что фактически это первый обзор из как минимум трех, но в планах продолжить эту серию и в конце собрать мощный, линейный БП с цифровым управлением. Каким он в итоге выйдет, я только предполагаю, отчасти на конечную конструкцию скорее всего окажут влияние не только мои мысли, а и предложения в комментариях.
Чтобы удобнее было разбираться что данный «конструктор» из себя представляет мне опять пришлось заняться реверсинженерингом и перечертить принципиальную схему.
Впрочем буду последователен и все покажу в своем время, а пока перейдем к товару.

Заказывался данный комплект на Таобао. Наткнулся я на него совершенно случайно и на других торговых площадках он мне не попадался.
У продавца есть разные варианты комплектации, но сегодня в обзоре комплект из трех плат сразу.

Прислали их в индивидуальных пакетиках, но в дороге эти пакетики несколько… пострадали. Хотя самая главная плата была дополнительно упакована, но в любом случае все пришло целым.


Как я уже сказал, комплект состоит из трех плат. Все они имеют одинаковый размер — 100х71мм (без учета выступающих компонентов), но отличаются по высоте. Фактически они задуманы для сборки «бутербродом», но никто не мешает их мало того что ставить отдельно, так еще и использовать почти независимо.

И так, слева направо-
1. Плата коммутации обмоток трансформатора.
2. Силовая часть регулятора напряжения.
3. Плата управления и измерения.

Первая и третья платы имеют в комплекте стойки, но они рассчитаны только для установки на поверхность корпуса, так как имеют небольшую длину.


Так как такой набор мне попадался только на Тао, то на всякий случай взвесил, вдруг поможет при расчете цены доставки.
360 грамм, как по мне, то очень даже мало.


Кроме того в комплекте дали набор для межблочных соединений и подключения элементов индикации и регулировки.
Также в комплект входили —
1. Изолирующие прокладки из слюды — 13 штук (8 необходимо)
2. Шесть наконечников с изоляторами на кабели.
3. 14 винтов с шайбами (8 штук необходимо)
4. Два светодиода красного цвета.


Начну я с описания платы коммутации, так как по цепи она идет первая.
Ширина и длина платы написана выше, высота около 35мм без учета стоек, но с учетом выводов.


На странице товара плата выглядит чуть чуть по другому, но в основном из-за типа примененных компонентов.


Подключение силовых входов и выходов производится при помощи винтового клеммника.


Переключение обмоток производится при помощи четырех электромеханических реле.


А вот при дальнейшем осмотре вылезла проблема, а точнее ошибка. Попробую объяснить.
Для начала на фото видно реле, причем довольно неплохие реле, но с током контактов максимум 16 Ампер.
Рядом с реле имеется предохранитель, также нормальный и на вид довольно качественный, но на ток 15 Ампер, хотя место на плате промаркировано как 20 Ампер.

Для тех, кто еще не догадался, поясню. В характеристиках заявлено 20 Ампер и тут и есть главные «грабли». Наверное многие знают, что если к трансформатору подключить диодный мост, а потом поставить конденсатор, то напряжение на нем будет больше, чем на обмотке трансформатора, примерно в 1.4 раза больше.
На самом деле на выводах трансформатора мы видим действующее напряжение (допустим 10 Вольт), а на конденсатора амплитудное (примерно 14 Вольт).
Но как выяснилось, не все знают, что при этом ток в цепи трансформатора также будет в 1.4 раза выше, чем после конденсатора фильтра и чтобы получить на выходе 1 Ампер, ток в цепи трансформатора должен быть уже 1.4 Ампера.
Я многое упростил, но в любом случае ток до диодного моста будет выше, чем после конденсатора фильтра.

Вот теперь вернемся к нашей плате. У нее заявлено 20 Ампер, значит до выпрямителя ток будет уже до 28 Ампер, ну пусть даже немного меньше. Но в любом случае даже не 20 и тем более не 15 (как предохранитель) или 16 (как контакты реле). Потому по постоянному току максимально можно нагружать только 11-12 Ампер вместо 20.


Плата питается от своей обмотки трансформатора, соответственно на ней находится диодный мост, конденсатор фильтра и стабилизатор 12 Вольт, который установлен на радиаторе. По большому счету этот радиатор и определяет высоту платы.
Для питания необходима отдельная обмотка трансформатора.
Кроме того данная плата имеет стандартный трехконтактный разъем для подключения вентилятора. Обороты не регулируются, вентилятор всегда питается от 12 Вольт стабилизатора.
Рядом расположено место под еще один такой же разъем, по задумке сюда можно подключить вольтметр, так как на три контакта выведена земля, 12 Вольт и выход 0-60 Вольт. Но разъем надо ставить другого типа, так как запросто можно спалить вентилятор (на контакт тахометра выведено 0-60 Вольт). В любом случае схема довольно неплохо продумана.


И собственно то, что управляет реле, четырехканальный компаратор, а рядом четыре подстроечных резистора для регулировки порогов срабатывания.

Собственно говоря принцип предельно прост. Плата измеряет выходное напряжение БП и подключает дополнительные обмотки трансформатора при необходимости. Изначально питание идет от 12 Вольт обмотки, дополнительно можно подключить до 4 обмоток с тем же напряжением и получить от 12 до 60 Вольт с дискретностью 12. В итоге у вас даже при выходном токе в 20 Ампер на транзисторах рассеивается максимум около 300 Ватт.
Но я бы последние обмотки мотал не на 12, а скорее на 10-11 Вольт, так как на высоких напряжениях меньше влияние падения на диодном мосте.


Все силовые дорожки дополнительно пролужены большим количеством припоя, но я бы снял припой и припаял к ним медный провод, для надежности. Хотя в любом случае без замены реле выше 16 Ампер в этой цепи не будет.


Схема подключения платы.
На выходе платы имеем переменное напряжение, потому дальше должен быть диодный мост и несколько конденсаторов приличной емкости (30000-50000мкФ) на напряжение 100 Вольт.


Второй идет плата регулятора. На ней расположено восемь транзисторов, низкоомные резисторы и прочая мелочь.


Плата совпадает с фото продавца, но вот диод стоит у меня заметно менее мощный.


Собственно вся плата является одним мощным транзистором с большим коэфициентом усиления и служит только для одной цели, усилить выход платы управления рассеивая при этом все лишнее тепло.
На плате слева видно место под термостат 55 градусов в корпусе TO-220, который также должен быть прижат к радиатору. А ниже есть место под разъем вентилятора. Но термостата нет, потому кто хочет доработать плату, придется установить термостат, припаять разъем, а также подать 12 Вольт на плату (установлен укороченный разъем без этого контакта).
Термостат проще поставить обычный, в плоском корпусе, температура 55-60 градусов.


Так как транзисторы биполярные, то в цепи эмиттера каждого установлен токовыравнивающий резистор с сопротивлением 0.1 Ома. Но таких резисторов 7, а не 8, вместо восьмого стоит резистор номиналом 100 Ом.


Восьмой резистор подключен к первому транзистору, так как он управляет остальными семью. Т.е. семь транзисторов задействованы в силовой части, восьмой ими управляет повышая коэффициент усиления всего модуля.


Все транзисторы одинаковые, TIP35C, каждый имеет максимальную рассеиваемую мощность в 125 Ватт (при 25 градусах) и ток до 25 Ампер (кратковременный до 40). Т.е. получается, что теоретически модуль может выдать до 175 Ампер и рассеять до 875 Ватт. Коэфициент усиления у транзисторов не очень большой, около 50, потому для «раскачки» стоит еще один, первый. С ним соответственно этот параметр поднимается до 2500 (в теории).


Плата сделана так, что все транзисторы находятся в одной плоскости и могут быть прижаты к общему радиатору, собственно для этого в комплекте дали винты и слюдяные прокладки.
Вообще коллекторы всех транзисторов соединены друг с другом и изоляция скорее нужна для безопасности, так как на коллекторе будет до 100 Вольт. Но если сам радиатор надежно изолирован и внутрь блока питания никто не лазит, то допускается (хотя и не рекомендуется) изоляцию не ставить. Я бы поставил, здоровье дороже.


Вообще у продавца много разных силовых модулей, и как вариант предлагается такой. Насколько я понимаю, они совместимы, но из-за веса цена доставки будет приличной.


Плата управления.
Данная плата также универсальна, так как может работать с разными модулями и я скорее всего это покажу в следующем обзоре.


Здесь уже компонентов куда как больше, только одних микросхем 6 корпусов. Но все полностью аналоговое, никаких микроконтроллеров :)
Да и разъемов побольше, но о них позже.


На одной из коротких сторон находятся разъемы:
1. Питания платы. Две обмотки по 15 Вольт, питание платы двухполярное. В крайнем случае можно питать от одной обмотки, тогда диодный мост и конденсаторы будут работать как удвоитель, но вырастут пульсации 100 Гц.
2. Вход 0-60 Вольт, он же выход на плату реле, так как два разъема соединены параллельно. Плата поддерживает четырехпроводное подключение выхода. В полном варианте к одному клеммнику подключаем провода от выхода БП, лучше поближе к нагрузке. Со второго клеммника берем сигнал для управления переключением обмоток.
3. Три клеммы, земля, вход и выход. Шунт установлен в положительном (регулируемом) полюсе БП, что очень полезно.

По выходу БП стоит конденсатор 100мкФ 100 Вольт + 0.1мкФ.


Как я уже сказал, питание платы двухполярное, стабилизированное, потому можно увидеть пару 12 Вольт стабилизаторов на радиаторах.


Управляющая и измерительная часть, что любопытно, применены самые разнообразные ОУ, а не все одного типа — TL072, TL082, OP07, LM258.


Но предположу, что «зоопарк» с ОУ задуман не просто так, так как на плате имеется и прецизионный ИОН AD586L. По виду он очень похож на БУ, но по характеристикам довольно неплох, 5ppm в диапазоне температур от -40 до +85, при этом еще и малошумящий. Рядом с ним расположен специальный конденсатор, который требуется ставить по даташиту.


Выходной каскад, эта часть управляет силовой платой, здесь же есть название платы управления, но я не нашел по нему никакой информации.


Разъемы с другого края платы.
1. Светодиод индикации CC\CV. В комплекте было два светодиода, они включаются встречно-паралельно. Либо можно применить двухцветный двухвыводный.
2. Переменный резистор регулировки тока
3. Переменный резистор регулировки напряжения. Оба резистора 10кОм, номинал написан на плате.
4. Выход на силовую плату. Часть контактов не распаяна, но с их назначением я уже не разбирался.

Слева от разъемов установлен резистор с номиналом 2.7 кОм, включенный между землей платы управления и землей выхода БП (они разные).


Пайка и монтаж в общих чертах неплохой. Единственно что раздражало, компоненты на плате не имеют порядковых номеров.


Принципиальная схема. Понимаю, выглядит жутко, но старался перечертить максимально близко к оригиналу, но плата разведена так, что процесс временами превращался в ад, хотя сама схема по сути не очень сложная.
Я немного ее упростил, выкинув стабилизаторы напряжения ±12 Вольт и их диодный мост с конденсаторами.
Как можно понять, применено «плавающее» управление силовым модулем, потому и нужна отдельная обмотка на трансформаторе для питания платы управления. Земля платы связана с выходом блока питания.


Блок схема соединения модулей. В общем-то все предельно просто и собирается как конструктор.


Наверняка вы заметили на схеме непонятный переключатель. Я сначала не совсем понял его назначение, но когда понял, то был приятно удивлен.
Дело в том, что данный БП умеет работать как электронная нагрузка. На блок схеме зелеными стрелками обозначено прохождение тока в нормальном режиме работы, как БП, а красными в режиме работы как электронная нагрузка.
В этом случае плата задает ток нагрузки до тех же 20 Ампер и той мощностью, на которую рассчитан силовой узел, а точнее его охлаждение. А так как для данного БП необходимо охлаждение с примерно 200-300 Ватт мощностью рассеивания, то мы имеем нагрузку с такими же параметрами. При этом амперметр будет работать в штатном режиме и отображать ток нагрузки.

В общем решение простое, красивое и функциональное. Единственный минус — отдельные клеммы на передней панели. При этом клемма положительного выхода БП является минусом входа электронной нагрузки.


Хот я и не планирую сейчас ничего собирать, но небольшой тест я все таки проведу. Хотя в данном случае у меня скорее цель сделать некую инструкцию по сборке.
Сначала я взял все, что может мне пригодиться.
1. Трансформатор. В данном случае их три, но все равно они не могут обеспечить весь диапазон как по току, так и по напряжению.
Я рекомендую два трансформатора — основной с пятью обмотками по 12 Вольт /10-20 Ампер и вспомогательный, с тремя обмотками по 15 Вольт, а лучше с четырьмя, чтобы было от чего запитать и амперметр.
2. Диодный мост, его я покажу позже.
3. Конденсатор фильтра. Я для эксперимента взял 2200мкФ х 50 Вольт, правда потом добавил к нему еще 1000мкФ. Но этого катастрофически мало. Как минимум рассчитывайте на 20000мкф, продавец же рекомендует более 40000мкФ.
4. Переменные резисторы. Я использовал обычные, но конечно лучше многообортные, а еще лучше цифровое управление, но об этом в другой раз.


Диодный мост KBPC3510 я купил на Алиэкспресс в «довесок» к какому-то товару, да и просто для проверки данной платы.
Резисторы и светодиод припаял временно, светодиод надо заменить, а с резисторами разобраться отдельно.


Вообще продавец мне даже понравился, так как продает не только платы и комплекты, а и более правильный вариант диодного моста и плату для переменных резисторов (резисторы продаются отдельно). Со всем этом сборка действительно начинает напоминать конструктор.


Сначала подключаем силовую часть и выпрямитель. Так как у меня в сумме получилось только 3 обмотки по 12 Вольт вместо пяти, то две клеммы остались свободны.


Силовой модуль я установил на «игрушечный» радиатор :) Вообще радиатор нужен довольно приличный, так как рассеиваться на нем будет до 100-200 Ватт в зависимости от режима работы. А если вы планируете этот БП использовать как электронную нагрузку, то ее мощность и будет определяться размерами радиатора.


Подключаем все силовые соединения, здесь думаю и так все понятно. Главное внимательно отнестись с земляной клемме платы управления, если пропадет контакт в этом месте, то на выход скорее всего пойдет полное напряжение.


Затем надо соединить все три платы вместе чтобы они работали совместно. При этом с платы управления трехжильный кабель идет к силовой плате регулятора, а двухжильный к плате реле. На самом деле у обоих кабелей используется только два провода, у трехжильного средний откушен около одного из разъемов. Так как все кабели имеют разъемы, то подключение совсем упрощено.
В конце у вас должно остаться три кабеля с одним разъемом на каждом.


На всякий случай поближе.


Подключаем вспомогательный трансформатор. Самый подходящий, который я нашел, выдавал 15, 9.5 и 19 Вольт. Для питания платы управления я использовал обмотку 15 Вольт, а для платы реле — 9.5 Вольта. Да, получилось несколько криво, так как для платы управления все таки лучше две обмотки по 15, а для платы реле 9.5 Вольта маловато и я не получил стабилизированные 12, но для проверки этого более чем достаточно.
Напоминаю, плата управления — две обмотки 15+15 Вольт соединенные последовательно, для плату реле одна обмотка 15 Вольт, при этом платы должны питаться именно от независимых обмоток!

В принципе можно все обмотки разместить на одном трансформаторе, но если планируется использование функции электронной нагрузки, то я бы использовал два трансформатора и мощный включал только в режиме работы как блок питания. Можно совместить управление питанием и режимом работы в одном переключателе.

Вот собственно и все, питание подано, светодиод светит. Я случайно включил его так, что он отображает режим CV, хотя логичнее красный ставить на режим СС.
Попутно подключил вентилятор к штатному разъему, но в таком режиме он всегда включен, что раздражает.

В итоге у вас останется один провод, который нужен при четырехпроводном подключении нагрузки. Работать все будет и без него, но если вы хотите увеличить точность поддержания выходного напряжения, то лучше его использовать.


Небольшой совет. Провода от выпрямителя лучше делать как можно короче. Я на начальном этапе вместо выпрямителя подключил свой регулируемый БП с длинным проводом и получил генерацию в небольшом диапазоне выходного напряжения (если не путаю 20-23 Вольта). Подключение даже конденсатора с емкостью 1000мкФ к входным клеммам платы управления полностью устранило проблему.


В качестве первого теста я просто подключил автомобильную лампу к выходу БП и сходу получил небольшую проблему.
Дело в том, что плата реле приходит не настроенной, потому у меня мой блок питания не переключал обмотки.

При помощи подстроечных резисторов настраиваем пороги переключения. Для этого выставляем резистором определенное напряжение и вращением подстроечного резистора добиваемся переключения реле. Настраиваем снизу вверх, т.е. сначала реле 1, резистор 1, минимальное напряжение, затем реле 2, резистор 2. Вращение вправо — увеличение напряжение.
На странице товара есть рекомендуемые пороги —

8В первый этап, второй этап 21V, 35V третий этап, четвертый этап 48v

Еще немножко тестов. Если интересны другие тесты, то пишите. Так как планируется еще как минимум два обзора с этими платами, то в следующем обзоре дам результаты теста.

1. С тремя обмотками по 12 Вольт я получил максимум 46 Вольт. Но это на холостом ходу.
2. Ток при КЗ выходных клемм максимум был 17 Ампер. Трансформатор у меня совсем слабый, да и конденсатор фильтра ыл 3200мкФ (2200+1000).

Зато стабильность выходного напряжения просто на высшем уровне, но по крайней мере для этой цены :)
3. Выставляем без нагрузки 10.747 Вольта
4. Нагружаем током около 4 Ампер, и получаем те же 10.747 Вольта. Иногда плавал последний знак ±1, но я не думаю что это существенно.
При этом помним что:
1. Конденсатор фильтра всего 3200мкФ
2. Плата управления питается не от двух обмоток, а от одной.


Видеообзор


Теперь можно подвести небольшие, предварительные итоги. Из преимуществ отмечу:
1. Неплохая конструкция и схемотехника
2. В комплекте есть почти все необходимое. Вернее все кроме трансформатора, радиаторов, конденсаторов фильтра, но их дешевле купить на месте.
3. Высокая точность поддержания напряжения.
4. Четырехпроводное подключение
5. Плата реле, позволяющая существенно снизить нагрев силового модуля.
6. Возможность использования в качестве электронной нагрузки.

Есть и недостатки.
1. Если с напряжением все нормально, то вот чтобы получить заявленные 20 Ампер придется заменить реле и предохранитель.
2. Переключение обмоток снижает нагрев, но могут быть небольшие выбросы в момент переключения.
3. Необходимость большого количества обмоток трансформатора, в сумме не менее 8, в идеале 9.

Иногда наблюдалось не очень четкое переключение обмоток под нагрузкой, вызванное очень малой емкостью фильтрующего конденсатора, пришлось немного снизить пороги переключения.

Даже с учетом недостатков могу сказать, что комплект весьма интересный. Возможно не очень дешевый, но собирать такое самому с нуля также выходит дорого, даже просто по компонентам. Очень понравилось то, что собирается все очень легко, фактически ничего особо и паять не надо. При этом в плане стабильности БП показал хороший результат. Кстати продавец рекомендует использовать проволочные резисторы для регулировки, так как обычные имеют хуже временную стабильность.

В следующей части расскажу об альтернативном варианте силового модуля, ну а дальше буду готовить обзор модуля для цифрового управления. А на сегодня у меня все, как обычно жду вопросов и комментариев.

Спонсором данного обзора выступил посредник yoybuy.com, который взял на себя оплату доставки.
Стоимость комплекта вместе с доставкой ориентировочно выходит 40-45 долларов.