Лабораторно захранване на базата на трансформатор. Направи си сам линейно лабораторно захранване

Разработването на това захранване отне един ден, внедрява се същия ден и целият процес е заснет на видеокамера. Няколко думи за схемата. Това е стабилизирано захранване с регулируемо изходно напрежение и ограничаване на тока. Характеристиките на схемата ви позволяват да намалите минималната граница на изходното напрежение до 0,6 волта и минималния изходен ток в района на 10 mA.

Въпреки простотата на дизайна, дори добрите лабораторни захранвания с цена от 5-6 хиляди рубли са по-ниски от това захранване! Максималният изходен ток на веригата е 14 ампера, максималното изходно напрежение е до 40 волта - вече не си струва.

Доста плавно ограничаване на тока и регулиране на напрежението. Блокът също има фиксирана защита срещу късо съединение, между другото - токовата защита също може да се настрои (почти всички промишлени дизайни са лишени от тази функция), например, ако имате нужда от защитата да работи при токове до 1 ампера - тогава просто трябва да регулирате този ток с помощта на регулатора за настройка на работния ток. Максималният ток е 14 ампера, но това не е границата.

Като сензор за ток използвах няколко резистора 5 вата 0,39 ома, свързани паралелно, но тяхната стойност може да се променя въз основа на желания ток на защита, например - ако планирате захранване с максимален ток не повече от 1 ампера , тогава стойността на този резистор е около 1 Ohm при мощност 3W.

В случай на късо съединение спадът на напрежението върху токовия сензор е достатъчен, за да задейства транзистора BD140. Когато той се отвори, долният транзистор BD139 също се задейства, през чийто отворен преход се подава захранване към намотката на релето, т.к. в резултат на това релето се активира и работният контакт се отваря (на изхода на веригата). Веригата може да остане в това състояние за произволен период от време. Заедно със защитата се активира и индикаторът за защита. За да премахнете блока от защита, трябва да натиснете и спуснете бутона S2 според схемата.

Защитно реле с намотка 24 волта с допустим ток от 16-20 ампера или повече.

Превключвателите за захранване в моя случай са любимият ми KT8101, инсталиран на радиатора (няма нужда от допълнително изолиране на транзисторите, тъй като колекторите на ключове са общи). Можете да замените транзисторите с 2SC5200 - пълен вносен аналог или с KT819 с индекс GM (желязо), ако желаете, можете да използвате и - KT803, KT808, KT805 (в железни кутии), но максималният изходен ток няма да бъде повече над 8-10 ампера. Ако блокът е необходим с ток не повече от 5 ампера, тогава един от силовите транзистори може да бъде премахнат.

Транзисторите с ниска мощност от типа BD139 могат да бъдат заменени с пълен аналог - KT815G, (можете да използвате и KT817, 805), BD140 - с KT816G (можете да използвате и KT814).
Не е необходимо транзистори с ниска мощност да се монтират на радиатори.

Всъщност е представена само схемата за управление (настройка) и защита (работно устройство). Като захранване използвах модифицирани компютърни захранвания (свързани последователно), но можете да използвате всеки мрежов трансформатор с мощност 300-400 вата, във вторична намотка 30-40 волта, ток на намотката 10-15 Ампери - това е идеално, но трансформатори и по-малко мощност.

Диоден мост - всеки, с ток най-малко 15 ампера, напрежението не е важно. Можете да използвате готови мостове, те струват не повече от 100 рубли.

Над 10 от тези захранвания са сглобени и продадени за 2 месеца - без оплаквания. Сглобих точно такова захранване за себе си и веднага щом не го измъчих - неразрушим, мощен и много удобен за всеки бизнес.

Ако има желаещи да станат собственик на такова захранване, тогава мога да го направя по поръчка, свържете се с мен на Този имейл адрес е защитен от спам ботове. Трябва да имате активиран JavaScript, за да видите., останалото ще бъде разказано от видео уроци по сглобяване.

Кратко въведение

Пазарът на лабораторни захранвания предлага много серии от различни производители. Някои модели привличат с ниска цена, други с впечатляващ преден панел, трети с разнообразни функции. Следователно правилният избор на такова общо устройство се превръща в трудна задача. В същото време задълбочено сравнение на характеристиките и възможностите на модели от различни производители може да не отговори на основния въпрос: Кое лабораторно захранване да избера за задачите си?

В тази статия, разчитайки на нашия опит, ще говорим за прости критерии за избор на оптимално лабораторно захранване, техните разновидности, разлики и предимства. След това ще разгледаме няколко типични задачи и ще предложим модели на захранване за всяка от тях, избирайки които можете да работите ефективно и да спестите пари, време и нерви.

Разновидности на лабораторни захранвания

Първо, нека се справим със съществуващите заглавия. Каква е разликата между лабораторно захранване и обикновено захранване? Или каква е разликата между захранване и захранване? Ето простите дефиниции:

1. Лабораторно захранваненаречено устройство, което е проектирано да генерира регулируемо напрежение или ток през един или повече канали. Лабораторното захранване съдържа дисплей, контроли, защита срещу неправилна употреба и полезни допълнителни функции. Всички материали на тази страница са посветени на такива устройства.
2. Лабораторно захранване- това е същото като лабораторното захранване.
3. Просто захранваненаречено електронно устройство, което е проектирано да генерира предварително определено напрежение през един или повече канали. Захранването, като правило, няма дисплей и бутони за управление. Типичен пример е компютърно захранване от няколкостотин вата.
4. ЗахранванияИма два вида: първични захранвания и вторични захранвания. Първичните източници на енергия преобразуват неелектрически форми на енергия в електрическа енергия. Примери за първични източници: електрическа батерия, слънчева батерия, вятърен генератор и други. Вторичните захранвания преобразуват един вид електрическа енергия в друг, за да осигурят необходимите параметри на напрежение, ток, честота, пулсации и т.н. Примери за вторични захранвания: трансформатор, AC/DC преобразувател (като компютърно захранване), DC/DC преобразувател, регулатор на напрежението и др. Между другото, лабораторното захранване е една от разновидностите на вторичното захранване.

Сега нека да обсъдим подробно разновидностите и основните характеристики на лабораторните захранвания:
1. Според принципа на работа: линеен или импулсен.
2. Обхват на напрежението и тока: фиксирано или с автоматично ограничаване на мощността.
3. Брой канали: едноканален или многоканален.
4. Изолация на канала: с галванично изолирани канали или неизолирани.
5. По силата A: стандартна или висока мощност.
6. Наличие на защита: от пренапрежение, свръхток, прегряване и други.
7. Форма на изходна вълна: постоянно напрежение и ток или променливо напрежение и ток.
8. Опции за управление: само ръчно управление или ръчно плюс софтуерно управление.
9. Допълнителни функции: компенсация за спадане на напрежението в свързващите проводници, вграден прецизен мултиметър, смяна на изхода по списък със зададени стойности, активиране на изхода по таймер, симулация на батерия с зададено вътрешно съпротивление, вграден електронен товар и други.
10. Надеждност: качеството на елементната база, внимателността на дизайна, задълбочеността на контрола на изхода.

Нека разгледаме всяка една от тези характеристики по-подробно, тъй като всички те са важни за правилния и информиран избор на лабораторно захранване.

Принцип на работа: линеен и импулсен

Линейно захранване(нарича се още трансформаторно захранване) е изграден на базата на голям нискочестотен трансформатор, който понижава входното напрежение от 220 V, 50 Hz до няколко десетки волта с честота също 50 Hz. След това намаленото синусоидално напрежение се коригира с помощта на диоден мост, изглажда се от група кондензатори и се понижава от линеен транзисторен регулатор до предварително определено ниво. Предимството на този принцип на работа е липсата на високочестотни превключващи елементи. Изходното напрежение на линейното захранване е точно, стабилно и не съдържа високочестотни пулсации. Тази снимка показва вътрешната конструкция на линейното лабораторно захранване ITECH IT6833, в което главният трансформатор (1) и изглаждащите кондензатори (2) са маркирани с цифри.

Ключови елементи на линейното лабораторно захранване IT6833 с макс. с мощност 216 вата.

2 - група изглаждащи кондензатори.

Линейното захранване обаче има много недостатъци. Основната е големите загуби на енергия върху транзисторния стабилизатор, който преобразува в топлина цялото излишно напрежение, подадено към него от ректификационната верига. Например, ако изходното напрежение на захранването е настроено на 5 V, а изправеното напрежение на вторичната намотка е 25 V, тогава в транзисторния регулатор ще се разсее 4 пъти повече мощност, отколкото ще бъде подадена на товара. Тоест, линейното захранване има нисък коефициент на производителност (COP), обикновено по-малък от 60%. В резултат на ниската ефективност получаваме малка полезна мощност и повишено тегло. За да се подобри ситуацията, в реалните устройства се използват няколко вторични намотки на трансформатора, но това все още не решава напълно проблема с ниската ефективност.

Следователно наличните в търговската мрежа линейни лабораторни захранвания осигуряват мощност при натоварване до 200 W с тегло на устройството от 5 до 10 kg. Има още два проблема, за които рядко се говори. Въпреки че самото линейно захранване не създава високочестотни смущения, то все пак може лесно да проникне от захранващата мрежа 220 V през капацитивната връзка на първичната и вторичната намотки на главния трансформатор. В скъпите модели се използват конструктивни решения за борба с този ефект, например феритни филтри, но смущенията от захранването все още могат да се появят на изхода на устройството и тази функция трябва да се помни. Ако имате нужда от възможно най-чистото постоянно напрежение, тогава има смисъл да използвате допълнителен висококачествен мрежов филтър пред лабораторното захранване. Вторият проблем е деградацията (изсъхването) на групата изглаждащи кондензатори, особено при евтини модели. При значително намаляване на капацитета на група изглаждащи кондензатори на изхода на захранването ще се появят спадове на напрежението с честота 100 Hz.

Импулсен захранващ блоксе основава на принципа на зареждане на изглаждащи кондензатори с токови импулси. Токовите импулси се генерират чрез свързване и изключване на индуктивен елемент, който може да бъде трансформаторна намотка или отделен индуктивен компонент. Превключването се извършва от транзистори, специално оптимизирани за тази цел. Честотата на така образуваните токови импулси обикновено е в диапазона от десетки kHz до стотици kHz. Регулирането на изходното напрежение най-често се извършва чрез промяна на дълбочината на широчинно-импулсната модулация (PWM).

Има много начини за прилагане на този принцип, но всички те осигуряват две основни предимства. Първият е висока ефективност, обикновено над 80%, понякога над 90%. Високата ефективност се постига благодарение на факта, че дълбочината на ШИМ може да се променя много плавно, което означава, че точно толкова енергия може да бъде изпомпана в изглаждащите кондензатори, колкото консумира натоварването на захранването. Второто предимство е малкият размер и ниското тегло. Високата честота, при която работи импулсното захранване, позволява използването на много по-малки кондензатори (в сравнение с 50 Hz линейно захранване). Останалите елементи също са много по-компактни и по-леки, а високата ефективност намалява топлината, генерирана вътре в захранването, което също намалява размера на конструкцията.

Тази снимка показва вътрешния дизайн на импулсното лабораторно захранване ITECH IT6942A, на което главният трансформатор (1) и комутационният преобразувател (2) са обозначени с цифри. Моля, имайте предвид, че корпусът на това устройство е точно със същия размер като линейния модел на предишната снимка, а мощността е 1,7 пъти по-висока.

Основните елементи на комутационното лабораторно захранване IT6942A с макс. мощност 360 вата.
1 - входен трансформатор, осигуряващ намаляване на напрежението и отделяне от захранването.
2 - импулсен преобразувател осигуряващ висока ефективност.

Основният недостатък на импулсните захранвания е високочестотното пулсиране на изходното напрежение. Разбира се, те са изгладени, филтрирани, но все още остава известно ниво на вълни. Освен това, колкото повече е натоварено захранването, толкова по-голяма е амплитудата на вълните. При добрите, висококачествени импулсни захранвания е възможно да се намали пулсацията до ниво от 10 - 20 mV. Вторият, не толкова очевиден недостатък е радиочестотните пикапи и техните хармоници, чийто източник са периодични токови импулси, генерирани вътре в захранването. Такива пикапи са доста трудни за екраниране. Ако работите с RF вериги, тогава използвайте линейно захранване или качествено импулсно захранване, разположено далеч от радиоустройството, с което работите.

Обхват на напрежението и тока

Съвременните лабораторни захранвания имат два вида диапазони на изходно напрежение и ток: фиксирани и с автоматично ограничаване на изходната мощност.

Фиксиранагамата се намира в повечето евтини лабораторни захранвания. Такива захранвания могат да доставят всяка комбинация от напрежение и ток в рамките на максималните си номинални стойности. Например, едноканално лабораторно захранване за 40 V и 15 A може да поддържа напрежение от 40 волта при товар дори при консумация на ток от 15 ампера. В този случай мощността, консумирана от товара, ще бъде: 40 V * 15 A = 600 W. Всичко е просто и ясно, но с такова устройство няма да можете да зададете напрежение над 40 V и ток над 15 A.

Автоматично ограничаване на изходната мощностзначително разширява обхвата на лабораторното захранване по отношение на напрежение и ток. Например, моделът ITECH IT6952A, със същата максимална мощност от 600W, може да генерира напрежение до 60V и ток до 25A във всяка комбинация, която ограничава изходната мощност до 600W. Това означава, че можете да захранвате не само 40 V при 15 A, но и 60 V при 10 A, 24 V при 25 A и много други комбинации. В сравнение с лабораторно захранване с фиксиран диапазон 600 W, е ясно, че лабораторното захранване с автоматично ограничаване на изходната мощност е много по-гъвкаво и може да замени няколко по-прости устройства. Тази фигура показва диапазона от възможни напрежения и токове, осигурени от ITECH IT6952A.

Тъй като размерите, теглото и цената на лабораторното захранване не зависят основно от напрежението и тока, а от максималната мощност, има смисъл винаги да избирате модел с автоматично ограничаване на изходната мощност. Това ще осигури универсално решение за същите пари.

Брой канали

Лабораторните захранвания се предлагат с един, два или три изходни канала. Тук ще разгледаме основните точки на тяхното използване, а галваничната изолация на каналите е описана по-нататък на тази страница.

Повечето лабораторни захранвания имат един изходен канал, особено за мощни устройства. Почти всички модели с мощност над 500 W имат един канал. Ето защо често се задава въпросът: възможно ли е да се комбинират няколко едноканални устройства? Възможно е, но има някои особености. Първото нещо, което трябва да имате предвид, когато включите няколко импулсни захранвания последователно: честотите на превключване дори на един и същи тип захранвания ще се различават леко. Това ще създаде повишена пулсация на изхода. Съществува и възможност за резонансни ефекти, при които нивото на пулсациите периодично ще нараства рязко.

Втората точка е свързването "+" и "-" на две устройства за формиране на биполярно напрежение за захранване на транзисторни усилватели, АЦП и подобни устройства. В допълнение към увеличените пулсации, ще бъде трудно да се осигури едновременно включване и изключване на две напрежения наведнъж и тяхното синхронно регулиране. Третата точка - последователното свързване на няколко източника на високо напрежение може да надхвърли прага на разрушаване на тяхната изолация. В резултат: пожар и други опасни последици.

Като се има предвид горното, става ясно, че за вериги, в които са предвидени няколко захранващи напрежения, е по-добре да се използват двуканални или триканални лабораторни захранвания, които са специално проектирани за това. И за генериране на високо напрежение е по-добре да използвате специални модели с високо напрежение, например моделът ITECH IT6726V с напрежение до 1200 V или моделът ITECH IT6018C-2250-20 с напрежение до 2250 V.

Например, тази снимка показва типично ITECH IT6412 двуканално лабораторно захранване.

Типично двуканално лабораторно захранване ITECH IT6412.

Изолация на канала

Галваничната изолация (наричана още електрическа изолация) на лабораторните захранващи канали осигурява пълна независимост на напрежението и тока на всеки от каналите спрямо напрежението и тока на останалите канали, както и на захранващата мрежа. Вътре в такова захранване за всеки от каналите е предвидена отделна намотка на трансформатора. AT добри моделинапрежението на пробив между каналите надвишава 200 волта. На практика това означава, че можете свободно да свързвате каналите един към друг последователно, както и да променяте "+" и "-".

Електронните устройства, съдържащи цифрови и аналогови части, обикновено използват две отделни захранващи вериги. Това се прави с цел да се намали проникването на шум от цифровата захранваща шина в чувствителната аналогова част. Следователно при разработването и конфигурирането на такива устройства е необходимо да се използва лабораторно захранване с галванично изолирани канали. Най-универсалното решение са триканалните модели, като Keithley 2230 или ITECH IT6300B. Използвайки такова устройство, можете да захранвате аналоговата част на веригата с биполярно захранване (използват се първите два канала) и да захранвате цифровата част от третия канал.

Друг тип устройства, които изискват лабораторно захранване с изолирани канали, са устройства, които сами по себе си съдържат изолирани части. Изолирането на части от такива устройства обикновено се извършва с помощта на оптрони или специални трансформатори. Класически пример е електрокардиограф, при който чувствителната аналогова измервателна част, свързана към пациента, трябва да изпълнява две задачи: точно измерване на електрическите потенциали, генерирани от сърдечния мускул (а това е ниво от няколко миливолта) и безопасността на пациента себе си от токов удар.

Тази снимка показва схемата на свързване на модела Keithley 2230G-30-1 към основните компоненти на кардиографа. Първият канал се използва за захранване на много чувствителния измервателен уред зад оптрона, вторият канал се използва за захранване на основния модул за обработка на сигнали, а третият канал с ниско напрежение и висок ток захранва основната верига за обработка на цифров сигнал и дисплей. Поради факта, че и трите канала на модела Keithley 2230G-30-1 са напълно изолирани един от друг, захранваният по този начин кардиограф работи нормално и е изключено влиянието на някои блокове върху други поради смущения, преминаващи през захранващите вериги .

Пример за използване на три изолирани канала Keithley 2230G-30-1 за захранване на три независими части от медицинско оборудване.

Мощност

Според полезната мощност, доставяна на товара, всички лабораторни захранвания с постоянен ток могат да бъдат разделени на стандартни (до 700 W) и високомощни (700 W или повече). Това разделение не е случайно. Моделите със стандартна и висока мощност са доста различни по отношение на функционалност и обхват.

При стандартни модели с мощностмаксималното напрежение обикновено е в диапазона от 15 V до 150 V, а максималният ток е от 1 A до 25 A. Брой канали: един, два или три. Има както линейни, така и импулсни модели. Дизайн: стандартен калъф за инструменти за поставяне на лабораторна пейка. Тегло от 2 до 15 кг. Типичен пример е серията Tektronix PWS4000. По принцип възможностите на такива устройства са насочени към разработването и ремонта на електронно оборудване, въпреки че обхватът им е много по-широк.

От друга страна, модели с висока мощноствинаги едноканален и импулсен. Модели до 3 kW се предлагат във версии за инструменти или стелажи (типичен пример: серия ITECH IT6700H), докато моделите с мощност от 3 kW и повече се монтират само в индустриална стойка и се различават по значително тегло и размери. Например, масата на модела 18 kW от серията ITECH IT6000C е 40 кг.

Високата мощност поставя повишени изисквания към дизайна: наличието на "интелигентни" охлаждащи вентилатори, пълен набор от защити (срещу претоварване, прегряване, обръщане на полярността и др.), възможност за паралелно свързване на няколко модула за увеличаване на изходната мощност, поддръжка на специални форми на изходни сигнали (например автомобилни стандарти DIN40839 и ISO-16750-2).

За тази категория устройства е задължително да се поддържа дистанционно програмно управление чрез един от интерфейсите: Ethernet, IEEE-488.2 (GPIB), USB, RS-232, RS-485 или CAN, тъй като те често се използват като част от автоматизирани системи. Освен това някои серии (като IT6000C) могат да регулират изходния импеданс от нула до няколко ома, което е много полезно при симулиране на батерия и слънчеви панели. Освен това някои модели с висока мощност може да съдържат вграден електронен товар, който им позволява не само да генерират ток, но и да го консумират.

Лабораторните захранвания с висока мощност се използват в автомобилната индустрия, алтернативната енергия, металното покритие и много други индустрии, където е необходимо да се генерират напрежения до 2250 волта и токове до 2040 ампера.

За спецификации на всички лабораторни захранвания, сортирани с увеличаване на максималната мощност, вж. А на тази снимка можете да видите мощните изходни клеми на шесткиловатовия модел IT6533D, който се състои от два модула по 3 kW всеки, свързани паралелно. Равномерното разпределение на изходната мощност между модулите се осигурява чрез отделна системна шина (сив кабел отляво).

Защита срещу злоупотреба

При избора на лабораторно захранване, на първо място, обърнете внимание на цената и максималната стойност на напрежението и тока. Но наличието на висококачествена защита също е много важно, тъй като ви позволява да защитите не само захранването, но и свързаното към него оборудване. В този раздел ще говорим за видовете защита, с които са оборудвани търговските лабораторни захранвания и ще разгледаме няколко свързани точки.

Защита от свръхток(съкратено OCP - Over Current Protection) трябва незабавно да работи, когато изходният ток надвиши зададената стойност, което може да се случи, например, когато изходните клеми на захранването са на късо съединение. Този вид защита има в повечето добри модели. Но не само наличието на защита е важно, важна е и скоростта на нейната работа. В зависимост от изпълнението, защитата от свръхток може: напълно да изключи изхода на захранването от товара, да ограничи изходния ток до определено прагово ниво или да превключи към режим на стабилизиране на изходния ток (CC - постоянен ток), поддържайки текущата стойност, която беше преди претоварването. Това кратко видео показва как се задейства защитата на лабораторното захранване с ниска мощност ITECH IT6720, когато изходите му са на късо съединение.

Демонстрация на действието на защита срещу свръхток при късо съединение.

Защита от претоварване по напрежение(съкратено OVP - Over Voltage Protection) се задейства, когато нивото на напрежение на изходните клеми на захранващия блок надвиши определената стойност. Тази ситуация може да възникне при работа на товар с повишено съпротивление в режим на стабилизиране на тока. Или при подаване на външно напрежение към клемите на лабораторното захранване. Друго приложение на този тип защита е ограничаването на изходното напрежение на захранването до ниво, което е безопасно за свързаното оборудване. Например, когато захранвате цифрова верига с напрежение от 5 волта, има смисъл да зададете 5,5 волта като праг на защита в настройките на захранването.

Защита от претоварване на захранването(съкратено OPP - Over Power Protection) се предлага във всички модели с автоматично ограничаване на изходната мощност. Целта на тази защита е да ограничи максимална мощност, които лабораторното захранване дава на товара, така че захранващите компоненти на захранването да работят в нормален режим и да не прегряват. Ако при работа в режим на стабилизиране на изходното напрежение (CV - Constant Voltage), консумацията на ток бъде превишена, устройството автоматично ще премине в режим на стабилизиране на изходния ток (CC - Constant Current) и ще започне да намалява напрежението на товара.

защита от прегряване(съкратено OTP - Over Temperature Protection) се задейства от повишено нагряване на захранващите компоненти на захранването вътре в корпуса. В простите модели се използва един температурен сензор, който просто се запоява в контролната платка. Той следи средната температура вътре в кутията и не е в състояние да реагира бързо на опасна топлина. силови елементи. В добрите модели се използват няколко сензора, разположени точно в точките на максимално генериране на топлина. Тази реализация осигурява гарантирана защита на устройството, дори при бързо локално прегряване. Обикновено при добрите модели защитата от прегряване работи във връзка с охлаждащи вентилатори с променлива скорост. Колкото повече топлина се генерира вътре в уреда, толкова по-висока е скоростта на вентилатора. Ако вътрешната температура все още се доближи до критичната, ще бъде издадено предупреждение (звук и надпис на екрана), а ако бъде превишена, лабораторното захранване автоматично ще се изключи.

Също така в лабораторните захранвания има такива видове защита: от обръщане на полярността (обратно), от ниско напрежение (UVP - Under Voltage Protection) и от аварийно изключване.

Форма на изходна вълна

Основната функция на лабораторното захранване в режим на стабилизиране на напрежението (CV) е формирането на дадено постоянно напрежение и прецизното му поддържане, дори при променящ се ток на натоварване. По същия начин, в режим на постоянен ток (CC), захранването трябва да доставя определения постоянен ток към товара и да гарантира, че той се поддържа точно дори при променящо се съпротивление на натоварването.

Но в съвременните лабораторни и производствени условия често се налага промяна на изходното напрежение според определен закон. Ето защо някои модели на добри лабораторни захранвания предоставят такава възможност. Този режим се нарича: Режимът на промяна на изходното напрежение според списъка със зададени стойности". С него можете да променяте изходното напрежение според дадена програма, която се състои от последователност от стъпки. За всяка стъпка се задава нивото на напрежението и неговата продължителност. Този режим ви позволява да тествате оборудване чрез прилагане на неидеални сигнали към него, възможно най-близки до тези, които съществуват в действителност: токови удари и вълни, краткотрайни прекъсвания на тока, плавно нарастване и спад и т.н.

Тази снимка показва една от формите на вълната на напрежението, която може лесно да се приложи чрез изходното напрежение в режим на списък (наричан още режим на списък). Снимката е направена с помощта на осцилоскоп, свързан към клемите на захранването IT6500.

Напрежението на изхода на лабораторното захранване варира по сложен закон.
Пример за работа на режима на промяна на изходното напрежение според списъка със зададени стойности (режим на списък).

Но не всички задачи могат да бъдат решени с помощта на лабораторно DC захранване, дори ако има списъчен режим на работа. Има задачи, при които е необходимо да се образува чисто синусоидално напрежение, освен това с ниво от стотици волта или синусоидален ток с ниво от десетки ампера. За такива задачи се предлагат специализирани източници на променливо напрежение и ток, като еднофазните серии ITECH IT7300 или трифазните ITECH IT7600.

С помощта на такива устройства е възможно да се реализират много интересни решения, основно в областта на проверката на стабилността на оборудването с различни отклонения в захранването 220 V. Това кратко видео, използвайки модела IT7322 като пример, показва образуването на променливо напрежение, чиято амплитуда и честота се променят според дадена програма. Формата на изходния сигнал се наблюдава с помощта на осцилоскоп.

Образуване на променливо напрежение с различна амплитуда и честота.

Опции за управление: ръчно и софтуерно

Само ръчно управление е типично за бюджетните серии, които са много критични за цената, например за икономичните серии ITECH IT6700 и Tektronix PWS2000. Но повечето добри лабораторни захранвания на средна и висока цена поддържат както ръчно, така и софтуерно управление.

обикновено, софтуерното управление се използва в два случая. Първият е използването на готови компютърна програмакойто идва с устройството. На големия екран на компютъра всички настройки и параметри на устройството са ясно видими и това е много удобно. В допълнение, захранването може да бъде инсталирано в производственото помещение и да се управлява дистанционно от вашето работно място. Това може да бъде полезно, ако производствената зона е шумна, студена или много топла, съдържа опасни условия за хората и т.н. Ако е необходимо, дори е възможно да се организира управление на устройството чрез оптични влакна, което ще изключи всякаква електрическа връзка с оператора.

Тази фигура показва екранна снимка на главния прозорец на програмата IT9000, която контролира работата на лабораторното захранване с променливо напрежение и ток от серията IT7300. Всички контроли са разположени на един екран, както и подробна индикация сегашно състояниеустройство.

Главният прозорец на програмата за дистанционно управление от серията IT7300.
Кликнете върху снимката, за да увеличите изображението.

Вторият случай, когато се използва софтуерно управление, е включването на лабораторни захранвания в автоматизирани измервателни системи. Преди това най-често за тази цел се използва интерфейсът IEEE-488.2 (нарича се още GPIB, а в GOST се нарича KOP - Public Channel). Но през последните години Ethernet (LAN) и USB интерфейсите активно набират популярност в системите за индустриална автоматизация, а остарелите RS-232 и RS-485 интерфейси се използват все по-рядко. За да управлявате устройството, ще трябва да създадете свои собствени програми. Командите за управление са описани подробно в ръководствата за програмиране, които са налични за всяка серия. Вижте пример за ръководство за програмиране за лабораторни захранвания от серия ITECH IT6500. Тази снимка показва задния панел на модерно захранване ITECH IT6412, което се предлага стандартно с три популярни интерфейса: IEEE-488.2, Ethernet (LAN) и USB.

Три общи интерфейса за програмиране на инструмента:
IEEE-488.2, LAN (Ethernet) и USB.

Типични приложения и популярни модели лабораторни захранвания

След като се справихме с основните критерии за избор на лабораторни захранвания, нека разгледаме типичните задачи за използване на тези устройства и моделите устройства, подходящи за тези задачи.

Универсално лабораторно захранване за широк спектър от приложения

За повечето типични задачи, които възникват при разработване или ремонт на електронно оборудване, серия ITECH IT6900A (до 150 V, до 25 A, до 600 W), която е създадена като основно лабораторно захранване, способно да реши 90% от всички проблеми, е отличен:

Ако имате нужда от универсално захранване, но за минимални пари, изберете икономичната серия ITECH IT6700. Има два модела: 100W и 180W. Няма софтуерен контрол, но има автоматично ограничаване на изходната мощност, което не се среща често в този ценови диапазон:

AT общ случайВсяко захранващо устройство (PSU) е устройство, което, когато е свързано към електрическа мрежа, генерира напрежението и тока, необходими за по-нататъшна употреба.

Най-често такива устройства преобразуват променливия ток на обществената електрическа мрежа (~ 220V, честота 50 Hz.) в постоянен ток.

Всички захранвания могат да бъдат разделени на:

трансформатор (линеен);
импулс.

От своя страна трансформаторните блокове могат да бъдат:

стабилизиран;
нестабилизиран.

Нестабилизираният източник е най-простото устройство, което включва:

понижаващ трансформатор с първична намотка, предназначена за мрежово напрежение;
пълновълнов токоизправител, с помощта на който напрежението на променлив ток се преобразува в право (пулсиращо);
кондензатор с голям капацитет за изглаждане на вълните.

При такива захранвания номиналните стойности на изходните параметри (напрежение, ток) се осигуряват само при нормални стойности на входните електрически параметри и тока, консумиран от товара. Използват се за работа с устройства, оборудвани със собствени стабилизатори.

Регулираните захранвания имат постоянно ниво на изходно напрежение. В същото време, дори при значително отклонение от номиналното мрежово напрежение, то остава постоянно.

При импулсните захранвания променливото напрежение се поправя и след това се преобразува във високочестотни правоъгълни импулси и даден работен цикъл. Стабилизирането в тях се осигурява чрез използването на отрицателни обратна връзка, който може да бъде организиран както с помощта на галванична изолация от захранващата верига (трансформатор), така и чрез прилагане на импулси към нискочестотен филтър.

В зависимост от флуктуациите на сигнала за обратна връзка, работният цикъл на изходните импулси се регулира и по този начин се поддържа стабилността на изходното напрежение.

За всяко електронно или радиоинженерно устройство разработчиците избират най-оптималния тип захранване. Така например, за да работите с устройства, работещи с максимален ток на натоварване:

до 5А се използват линейни захранвания;
над 5A използвайте импулсни захранвания.

Сравнявайки захранванията с подобни изходни характеристики, е необходимо да се отбележат предимствата на превключващите устройства, сред които най-значимите са:

Висок коефициент на производителност (COP), достигащ в някои случаи 98%.
Леко тегло, което е свързано с намаляване на размера на трансформаторите при използване на високочестотни токове.
Широк диапазон на захранващо напрежение и честота.
Наличието на голям брой вградени защитни елементи и др.

Съществен недостатък на импулсните захранвания е, че всички те са източник на високочестотни смущения, което изисква специални защитни мерки за тяхното потискане.

И двата вида блокове са представени в широка гама на вътрешния пазар на радиоелектронно оборудване (REA). В същото време много популярни са универсалните захранвания, които оборудват работните места на служители на предприятия, специализирани в производството или ремонта на електронно оборудване. Всеки радиолюбител ги има.

УНИВЕРСАЛНО ЗАХРАНВАНЕ

Universal PSU е надеждно захранване със стабилни изходни параметри и двоен резерв на мощност. На предния му панел по принцип трябва да се постави:

1. Стрелкови и цифрови измервателни уреди (волтметър, амперметър). В същото време: превключвателят ще даде възможност за оценка на динамичните промени в контролираните параметри; digital ще ви позволи да контролирате изходните характеристики на PSU с висока точност.

2. Контроли, които регулират изходните параметри в режимите "груб" и "фин", индикатор за режим на работа, превключвател или ключ за захранване.

Теоретично е възможно, но практически непрактично да се разработи и произведе универсално захранване, което е подходящо, както се казва, "за всички случаи". Такова устройство ще бъде с огромни размери и тегло, а цената му ще надхвърли всички допустими граници.

Следователно съвременните универсални източници на вторично напрежение се класифицират по мощност, по номиналната стойност на изходното напрежение и по броя на изходите за захранващо напрежение. Въз основа на тези градации се избира необходимото устройство.

Според номиналната стойност на изходното напрежение универсалните захранвания са:

ниско напрежение до 100 V;
средно напрежение до 1000 V;
високо напрежение над 1000 V.

Според изходната мощност те се разделят на:

микромощност, чиято изходна мощност не надвишава 1 W;
ниска мощност от 1 до 10 W;
средна мощност 10...100 W;
повишена (от 100 до 1000 W) и висока (над 1000 W) мощност.

В този случай универсалните захранвания могат да бъдат едноканални или многоканални, тоест осигуряващи едно или повече захранващи напрежения.

Регулирано захранване.

Едно от най-простите универсални захранвания е регулируемо. Например, за начинаещи радиолюбители, такова устройство може да бъде захранване с ток на натоварване от няколко ампера и ви позволява да регулирате изходното напрежение в диапазона от 1 до 36 V.

Към него можете да свържете не само радиоустройство или електродвигател, но и автомобилна батерияза зареждане.

Електрическата верига на такова захранване се основава на мощен силови трансформатор, а на изхода е инсталиран мощен транзистор, монтиран на радиатор. Транзисторът се управлява от специална микросхема. Съществуващите нискочестотни вълни и високочестотни шумове се изглаждат от електролитни кондензатори с голям капацитет.

ЛАБОРАТОРНО ЗАХРАНВАНЕ

Лабораторното захранване не е нищо повече от висококачествено универсално захранване с нормализирани и термично стабилни характеристики. Тези устройства се предлагат във всяко предприятие, което разработва, произвежда или ремонтира и/или ремонтира електронно оборудване.

Използват се по време на проверка и/или калибриране на различни инструменти. Освен това те са необходими в случаите, когато е необходимо да се подава напрежение и ток към радиоустройство с висока точност.

По правило лабораторните захранвания са оборудвани с всички видове защитни устройства (защита от претоварване, късо съединение и др.) и елементи за регулиране на изходните параметри (напрежение и ток).

Лабораторните блокове са оборудвани и със специални входове за подаване на модулиращи сигнали, което позволява на потребителя да формира изходно напрежение и ток с произволна форма.

Предлаганите в търговската мрежа лабораторни захранвания могат да бъдат линейни или импулсни.

Линеен.

Линейните лабораторни захранвания са изградени на базата на големи нискочестотни трансформатори, които понижават мрежовото напрежение ~ 220 V при честота 50 Hz до определена стойност. Честотата на променливия ток остава непроменена. След това синусоидалното напрежение се изправя, изглажда се от капацитивни филтри и се довежда до предварително определена стойност от линеен полупроводников стабилизатор.

Устройствата, работещи на този принцип, осигуряват необходимата стойност на изходното напрежение с висока точност. Характеризира се със стабилност и липса на пулсации. Въпреки това, те имат редица недостатъци:

големи габаритни размери и тегло, което може да бъде повече от 20 кг. Поради това мощността на натоварване на такива PSU рядко надвишава 200 вата;
ниска ефективност (не повече от 60%), поради принципа на действие на линеен стабилизатор, където цялото излишно напрежение се преобразува в топлина;
наличието на високочестотни смущения, проникващи от мрежата ~ 220 V, 50 Hz., за премахване на които е необходим захранващ филтър;
сравнително кратко време между повредите, причинени от стареенето на електролитните кондензатори.

Пулс.

Работата на импулсните лабораторни захранвания се основава на принципа на зареждане на изглаждащи кондензатори с импулсен ток. Образува се в момента на свързване/изключване на индуктивния елемент. Превключването става под действието на специално оптимизирани транзистори, а изходното напрежение се регулира чрез промяна на дълбочината на широчинно-импулсната модулация (PWM).

Основните предимства на импулсните лабораторни източници се осигуряват от:

плавна промяна в дълбочината на PWM, което от своя страна ви позволява да изпомпвате в изглаждащите кондензатори такова количество енергия, което е съизмеримо с консумацията на енергия на натоварването на PSU. В този случай ефективността на захранването може да достигне 90 процента или повече;
високочестотен компонент, който прави възможно използването на изглаждащи кондензатори с много по-малък капацитет.

Поради това общите размери на кутията са малки. Освен това поради по-високата ефективност се намалява значително генерирането на топлина и се подобрява температурният режим на захранването.

Значителен недостатък на импулсните лабораторни уреди, който донякъде ограничава използването им, са:

високочестотни вълни на изхода, които са доста трудни за филтриране;
радиочестотни пикапи и техните хармоници, причинени от периодични токови импулси.

При работа с радиочестотни вериги импулсните захранващи устройства трябва да бъдат разположени на максимално разстояние от тях или да се използват решения за трансформаторни схеми.

Основният технически параметър на лабораторните източници на енергия е мощността. Тук има разделение:

стандартен, мощност до 700 вата. Максималното им тегло не надвишава 15 кг.;
голяма мощ.

Стандартните версии могат да бъдат както трансформаторни, така и импулсни. Предназначени са за работа с напрежения в диапазона от 15 до 150 V. В този случай максималният ток е ограничен до около 25 A. Като правило имат от един до три канала, два от които са регулируеми.

Материалите, представени на сайта са само за информационни цели и не могат да се използват като насоки и нормативни документи.

Първо приложение/опит: Производство на горим газ чрез електролиза.
Ще ви трябват 2 парчета фолио, сгънати и навити заедно с хартиена кърпа или салфетка. Всичко това се спуска в чаша солена вода и пенообразувател. Прилагаме напрежение към парчетата фолио от захранването и веднага започваме да произвеждаме горим газ.
Между другото, този и следващите експерименти трябва да се извършват при добра вентилация, тъй като не всички произведени пари и газове са безвредни.

Втора употреба/опит: Графитна крушка
Следният експеримент, мисля, е видян от мнозина, ако се приложи напрежение към графитена пръчка от молив, тогава той се нагрява толкова много, че започва да излъчва светлина. Вярно е, че такава лампа не работи дълго, но ако я поставите във вакуум, тогава мисля, че ще се окаже напълно работеща крушка, много от първите лампи с нажежаема жичка със сигурност имаха въглеродна нишка и също така работа с графит =)

Трето приложение/опит: Галванопластика
За следващия експеримент ще ви трябва меден сулфат и лимонена киселина,
разтворете ги в дестилирана вода, след това поставете парче мед, свързано към положителния извод на захранването, и метална част в получения електролит, свържете го към отрицателния полюс, задайте малък ток и го оставете за 5 минути. частта е покрита с тънък слой мед, колкото по-дълъг е процесът, толкова по-дебел ще бъде медният слой.

Четвърто приложение/опит: Металообработка
Нека вземем стоманен предмет и го покрием с тънък слой пластилин, след което "надраскаме" надписа или картината и оформяме вана от пластилин, изсипваме физиологичен разтвор.
Свързваме плюса от захранването към детайла, а минуса към металния винт. При спускане на винта в саламураелектрическата верига е затворена и
започва електрохимична реакция, в резултат на която незащитеният метал на анода се корозира. Токът и напрежението в този и предишните експерименти се избират индивидуално, колкото по-големи са тези стойности, толкова по-бързо протичат реакциите. По този начин можете да направите дупка дори в много здрава стомана.

Пета употреба / опит: "Scorcher"
Просто вземете парче нихромова тел, огънете го и подайте напрежение, телът ще се нагрее и можете да го използвате като резачка за дърва или пластмаса.

в ареста:Имайки лабораторно захранване, можете да правите много полезни и безполезни неща, всичко зависи от вашето въображение!