Мощно захранване с токова защита

Всеки човек, който сглобява електронни схеми, се нуждае от универсален източник на захранване, който му позволява да променя изходното напрежение в широк диапазон, да контролира тока и, ако е необходимо, да изключва захранваното устройство. В магазините такива лабораторни захранвания са много скъпи, но можете сами да ги сглобите от обикновени радиокомпоненти.

Представеното захранване включва:

• Регулиране на напрежението до 24 волта;
• Максималният ток, подаван към товара, е до 5 ампера;
• Токова защита с избор на няколко фиксирани стойности;
• Активно охлаждане за работа при големи токове;
• Циферблатни индикатори за ток и напрежение;

Верига на регулатора на напрежението

Най-простият и най-достъпен вариант за регулатор на напрежението е верига на специална микросхема, наречена стабилизатор на напрежението. Най-подходящият вариант е LM338, той осигурява максимален ток от 5 A и минимални изходни пулсации. Тук също са подходящи LM350 и LM317, но максималният ток в този случай ще бъде съответно 3 A и 1,5 A.За регулиране на напрежението се използва променлив резистор, чиято стойност зависи от максималното напрежение, което трябва да се получи на изхода. Ако максималната необходима мощност е 24 волта, е необходим променлив резистор със съпротивление от 4,3 kOhm. В този случай трябва да вземете стандартен потенциометър от 4,7 kOhm и да свържете паралелно с него константа от 47 kOhm, общото съпротивление ще бъде приблизително 4,3 kOhm. За да захранвате цялата верига, имате нужда от източник на постоянен ток с напрежение 24-35 волта, в моя случай това е обикновен трансформатор с вграден токоизправител. Можете също така да използвате зарядни устройства за лаптоп или други различни източници на импулси, които са подходящи за ток.

Този регулатор на напрежение е линеен, което означава, че цялата разлика между входното и изходното напрежение пада върху един чип и се разсейва върху него под формата на топлина. При високи токове това е много критично, така че микросхемата трябва да бъде инсталирана на голям радиатор; радиатор от компютърен процесор, свързан с вентилатор, е най-подходящ за това. За да се гарантира, че вентилаторът не се върти напразно през цялото време, а се включва само когато радиаторът се загрее, е необходимо да се сглоби малък температурен датчик.

Верига за управление на вентилатора

Базиран е на NTC термистор, чието съпротивление варира в зависимост от температурата - с повишаване на температурата съпротивлението намалява значително и обратно. Операционният усилвател действа като компаратор, регистриращ промени в съпротивлението на термистора. При достигане на работния праг на изхода на операционния усилвател се появява напрежение, транзисторът се отпушва и стартира вентилатора, заедно с което вентилаторът светва. Светодиод. Подстригващият резистор се използва за регулиране на прага на реакция; неговата стойност трябва да бъде избрана въз основа на съпротивлението на термистора при стайна температура. Да кажем, че термисторът има съпротивление от 100 kOhm, резисторът за подстригване в този случай трябва да има номинална стойност от приблизително 150-200 kOhm. Основното предимство на тази схема е наличието на хистерезис, т.е. разлики между праговете за включване и изключване на вентилатора. Благодарение на хистерезиса вентилаторът не се включва и изключва често при температури, близки до прага. Термисторът се свързва директно към радиатора и се монтира на всяко удобно място.

Верига за токова защита

Може би най-важната част от цялото захранване е токовата защита. Работи по следния начин: спадът на напрежението през шунта (0,1 Ohm резистор) се усилва до ниво от 7-9 волта и се сравнява с еталонното с помощта на компаратор. Референтното напрежение за сравнение се задава от четири подстригващи резистора в диапазона от нула до 12 волта, входът на операционния усилвател е свързан към резисторите чрез 4-позиционен превключвател. По този начин, чрез промяна на позицията на превключвателя за бисквити, можем да избираме от 4 предварително зададени опции за защитни токове. Например, можете да зададете следните стойности: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Ако токът, зададен от плъзгача, бъде превишен, защитата ще работи, напрежението ще спре да тече към изхода и Светодиод. За да нулирате защитата, просто натиснете за кратко бутона, изходното напрежение ще се появи отново.Петият подстригващ резистор е необходим за настройка на усилването (чувствителността); той трябва да бъде настроен така, че при ток през шунт от 1 ампер напрежението на изхода на операционния усилвател да е приблизително 1-2 волта. Резисторът за настройка на хистерезис за защита е отговорен за "чистотата" на заключването на веригата, трябва да се регулира, ако изходното напрежение не изчезне напълно. Тази схема е добра, защото има висока скорост на реакция, незабавно включва защитата когато токът е превишен.

Устройство за показване на ток и напрежение

Повечето лабораторни захранвания са оборудвани с цифрови волтметри и амперметри, които показват стойности като числа на дисплея. Тази опция е компактна и осигурява добра точност на показанията, но е напълно неудобна за четене. Ето защо беше решено да се използват стрелки за индикация, чиито показания са лесни и приятни за възприемане. В случай на волтметър всичко е просто - той е свързан към изходните клеми на захранването чрез подстригващ резистор със съпротивление приблизително 1-2 MOhm. За правилната работа на амперметъра е необходим шунтов усилвател, чиято верига е показана по-долу.

За регулиране на усилването е необходим резистор за регулиране, в повечето случаи е достатъчно да го оставите в средно положение (приблизително 20-25 kOhm). Главата на показалеца е свързана чрез бисквитен превключвател, с който можете да изберете един от три тримерни резистора, с помощта на които се задава максималния ток на отклонение на амперметъра. По този начин амперметърът може да работи в три диапазона - до 50 mA, до 500 mA, до 5A, което осигурява максимална точност на показанията при всякакъв ток на натоварване.

Монтаж на захранваща платка

Сега, след като всички теоретични аспекти са взети под внимание, можем да започнем да сглобяваме електронната част на структурата. Всички елементи на захранването - регулатор на напрежението, сензор за температура на радиатора, защитен блок, шунтов усилвател за амперметър - са сглобени на една платка, чиито размери са 100x70 mm. Платката е направена по метода LUT; по-долу има няколко снимки на производствения процес.

Препоръчително е да калайдисвате захранващите пътища, по които протича товарният ток, с дебел слой спойка, за да намалите съпротивлението. Първо, на дъската се монтират малки части.

След това всички останали компоненти. Чипът 78L12, който захранва температурния сензор и охладителя, трябва да бъде инсталиран на малък радиатор, мястото за което е предвидено на печатната платка. И накрая, проводниците са запоени върху платката, на която вентилаторът, термисторът, бутонът за нулиране на защитата, превключвателите за бисквити, светодиоди, чип LM338, вход и изход за напрежение. Най-удобно е да свържете входа за напрежение чрез DC конектор, но трябва да се има предвид, че той трябва да осигурява голям ток. Всички захранващи проводници трябва да се използват с напречно сечение, подходящо за тока, за предпочитане медни. Плюс изходът от печатната платка отива към изходните клеми не директно, а чрез превключвател с две групи контакти. Втората група се включва и изключва Светодиод, показващ дали към клемите се подава напрежение.

Сглобяване на корпуса

Кутията може да бъде намерена готова или сглобена сами. Можете да го направите например от шперплат и фазер, както направих аз. Първо се изрязва правоъгълен преден панел, върху който ще бъдат монтирани всички контроли.

След това се правят стените и дъното на кутията, а конструкцията се закрепва заедно с самонарезни винтове. Когато рамката е готова, можете да инсталирате цялата електроника вътре.

Контроли, глави на показалеца, светодиоди са монтирани на местата си в предния панел, платката е поставена вътре в корпуса, радиатора и вентилатора са монтирани на задния панел. За монтаж на светодиоди се използват специални държачи. Препоръчително е да дублирате изходните клеми, особено след като пространството позволява. Размерите на кутията се оказаха 290x200x120 mm, все още има много свободно пространство вътре в кутията и, например, трансформатор за захранване на цялото устройство може да се побере там.

Настройки

Въпреки многото тримерни резистори, настройката на захранването е доста проста. Първо, калибрираме волтметъра, като свързваме външен към изходните клеми. Чрез въртене на подстригващия резистор, свързан последователно с стрелката на волтметъра, постигаме равенство на показанията. След това свързваме някакъв товар с амперметър към изхода и калибрираме шунтовия усилвател. С въртене на всеки от трите резистора с индекс постигаме съвпадение на показанията на всеки от трите обхвата на измерване на амперметъра - в моя случай това е 50 mA, 500 mA и 5A. След това задаваме необходимите защитни токове, като използваме четири подстригващи резистора. Това не е трудно да се направи, като се има предвид, че стандартният амперметър вече е калибриран и показва точния ток. Постепенно увеличаваме напрежението (в същото време токът също се увеличава) и виждаме при какъв ток се задейства защитата. След това завъртаме всеки от резисторите, задавайки четирите необходими защитни тока, между които можете да превключвате с помощта на превключвател. Сега остава само да зададете желания праг на реакция на температурния сензор на радиатора - настройката е завършена.

Гледай видеото