Leistungsstarkes Netzteil mit Stromschutz

Jeder, der elektronische Schaltkreise zusammenbaut, benötigt eine universelle Stromquelle, mit der er die Ausgangsspannung in einem weiten Bereich variieren, den Strom steuern und bei Bedarf das mit Strom versorgte Gerät ausschalten kann. Im Handel sind solche Labornetzteile zwar sehr teuer, man kann sich aber selbst eins aus gängigen Funkkomponenten zusammenbauen.

Das vorgestellte Netzteil beinhaltet:

• Spannungseinstellung bis 24 Volt;
• Der der Last zugeführte maximale Strom beträgt bis zu 5 Ampere;
• Stromschutz mit mehreren Festwerten zur Auswahl;
• Aktive Kühlung für den Betrieb mit hohen Strömen;
• Zifferblatt-Strom- und Spannungsanzeigen;

Spannungsreglerschaltung

Die einfachste und kostengünstigste Option für einen Spannungsregler ist eine Schaltung auf einer speziellen Mikroschaltung, die als Spannungsstabilisator bezeichnet wird. Die am besten geeignete Option ist LM338, sie bietet einen maximalen Strom von 5 A und eine minimale Ausgangswelligkeit. Hier sind auch LM350 und LM317 geeignet, allerdings beträgt der maximale Strom in diesem Fall 3 A bzw. 1,5 A.Zur Spannungsregelung wird ein variabler Widerstand verwendet, dessen Wert von der maximal erforderlichen Spannung am Ausgang abhängt. Wenn die maximal benötigte Leistung 24 Volt beträgt, ist ein variabler Widerstand mit einem Widerstandswert von 4,3 kOhm erforderlich. In diesem Fall müssen Sie ein Standard-4,7-kOhm-Potentiometer nehmen und parallel dazu eine 47-kOhm-Konstante anschließen, der Gesamtwiderstand beträgt ca. 4,3 kOhm. Um den gesamten Stromkreis mit Strom zu versorgen, benötigen Sie eine Gleichstromquelle mit einer Spannung von 24-35 Volt, in meinem Fall ist dies ein normaler Transformator mit eingebautem Gleichrichter. Sie können auch Laptop-Ladegeräte oder andere verschiedene Stromquellen verwenden, die für den Strom geeignet sind.

Dieser Spannungsregler ist linear, was bedeutet, dass die gesamte Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung auf einen Chip fällt und dort in Form von Wärme abgeführt wird. Bei hohen Strömen ist dies sehr kritisch, daher muss die Mikroschaltung auf einem großen Kühler installiert werden; am besten eignet sich hierfür ein Kühler eines Computerprozessors, gepaart mit einem Lüfter. Damit der Lüfter nicht ständig umsonst dreht, sondern sich erst einschaltet, wenn sich der Kühler erwärmt, ist die Montage eines kleinen Temperatursensors notwendig.

Lüftersteuerkreis

Es basiert auf einem NTC-Thermistor, dessen Widerstand je nach Temperatur variiert – mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand deutlich ab und umgekehrt. Der Operationsverstärker fungiert als Komparator und registriert Änderungen im Widerstand des Thermistors. Wenn die Betriebsschwelle erreicht ist, erscheint am Ausgang des Operationsverstärkers Spannung, der Transistor entriegelt und startet den Lüfter, wodurch der Lüfter aufleuchtet. Leuchtdiode. Der Trimmwiderstand dient zur Einstellung der Ansprechschwelle; sein Wert sollte basierend auf dem Widerstand des Thermistors bei Raumtemperatur ausgewählt werden. Nehmen wir an, der Thermistor hat einen Widerstand von 100 kOhm, der Trimmwiderstand sollte in diesem Fall einen Nennwert von etwa 150-200 kOhm haben. Der Hauptvorteil dieses Schemas ist das Vorhandensein einer Hysterese, d. h. Unterschiede zwischen den Schwellenwerten für das Ein- und Ausschalten des Lüfters. Dank der Hysterese schaltet der Lüfter bei Temperaturen nahe dem Grenzwert nicht häufig ein und aus. Der Thermistor wird direkt an den Heizkörper angeschlossen und an einer geeigneten Stelle installiert.

Stromschutzschaltung

Der vielleicht wichtigste Teil der gesamten Stromversorgung ist der Stromschutz. Es funktioniert wie folgt: Der Spannungsabfall am Shunt (0,1 Ohm Widerstand) wird auf einen Wert von 7-9 Volt verstärkt und mit einem Komparator mit der Referenz verglichen. Die Referenzspannung zum Vergleich wird durch vier Trimmwiderstände im Bereich von Null bis 12 Volt eingestellt, der Eingang des Operationsverstärkers ist über einen 4-Positionen-Kippschalter mit den Widerständen verbunden. Somit können wir durch Ändern der Position des Keksschalters aus 4 voreingestellten Optionen für Schutzströme wählen. Sie können beispielsweise folgende Werte einstellen: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Bei Überschreitung des am Schiebeschalter eingestellten Stroms löst der Schutz aus, die Spannung fließt nicht mehr zum Ausgang und der Leuchtdiode. Um den Schutz zurückzusetzen, genügt ein kurzer Tastendruck, die Ausgangsspannung erscheint wieder.Der fünfte Trimmwiderstand ist zum Einstellen der Verstärkung (Empfindlichkeit) erforderlich; er muss so eingestellt werden, dass bei einem Strom durch den Shunt von 1 Ampere die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers etwa 1-2 Volt beträgt. Der Hysterese-Einstellwiderstand für den Schutz ist für die „Klarheit“ der Verriegelung der Schaltung verantwortlich; er muss angepasst werden, wenn die Ausgangsspannung nicht vollständig verschwindet. Diese Schaltung ist gut, weil sie eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit hat und den Schutz sofort einschaltet wenn der Strom überschritten wird.

Strom- und Spannungsanzeigegerät

Die meisten Labornetzgeräte sind mit digitalen Voltmetern und Amperemetern ausgestattet, die Werte als Zahlen auf einem Display anzeigen. Diese Option ist kompakt und bietet eine gute Ablesegenauigkeit, ist jedoch völlig unbequem abzulesen. Aus diesem Grund wurde beschlossen, zur Anzeige Pfeilspitzen zu verwenden, deren Ablesungen leicht und angenehm zu erkennen sind. Bei einem Voltmeter ist alles einfach: Es wird über einen Trimmwiderstand mit einem Widerstand von ca. 1-2 MOhm an die Ausgangsklemmen des Netzteils angeschlossen. Für den ordnungsgemäßen Betrieb des Amperemeters ist ein Shunt-Verstärker erforderlich, dessen Schaltung unten dargestellt ist.

Zur Einstellung der Verstärkung ist ein Trimmwiderstand erforderlich; in den meisten Fällen reicht es aus, ihn in der Mittelstellung (ca. 20-25 kOhm) zu belassen. Der Zeigerkopf ist über einen Keksschalter angeschlossen, mit dem Sie einen von drei Trimmwiderständen auswählen können, mit deren Hilfe der maximale Abweichungsstrom des Amperemeters eingestellt wird. Somit kann das Amperemeter in drei Bereichen betrieben werden – bis zu 50 mA, bis zu 500 mA, bis zu 5 A, was eine maximale Genauigkeit der Messwerte bei jedem Laststrom gewährleistet.

Montage der Netzteilplatine

Nachdem nun alle theoretischen Aspekte berücksichtigt sind, können wir mit dem Zusammenbau des elektronischen Teils der Struktur beginnen. Alle Elemente der Stromversorgung – Spannungsregler, Kühlertemperatursensor, Schutzeinheit, Shunt-Verstärker für das Amperemeter – sind auf einer Platine mit den Abmessungen 100x70 mm montiert. Die Platine wird mit der LUT-Methode hergestellt; unten finden Sie einige Fotos des Herstellungsprozesses.

Es empfiehlt sich, die Strompfade, entlang derer der Laststrom fließt, mit einer dicken Lotschicht zu verzinnen, um den Widerstand zu verringern. Zunächst werden Kleinteile auf der Platine montiert.

Danach alle anderen Komponenten. Der 78L12-Chip, der den Temperatursensor und den Kühler mit Strom versorgt, muss auf einem kleinen Kühler installiert werden, dessen Platz auf der Leiterplatte vorgesehen ist. Zum Schluss werden Drähte auf die Platine gelötet, auf denen sich der Lüfter, der Thermistor, die Schutz-Reset-Taste, die Keksschalter usw. befinden. LEDs, LM338-Chip, Spannungseingang und -ausgang. Am bequemsten ist es, den Spannungseingang über einen DC-Stecker anzuschließen, allerdings muss berücksichtigt werden, dass dieser einen großen Strom liefern muss. Alle Stromkabel müssen mit einem dem Strom entsprechenden Querschnitt verwendet werden, vorzugsweise Kupfer. Der Plus-Ausgang der Leiterplatte geht nicht direkt, sondern über einen Kippschalter mit zwei Kontaktgruppen an die Ausgangsklemmen. Die zweite Gruppe schaltet sich ein und aus Leuchtdiode, zeigt an, ob an den Klemmen Spannung anliegt.

Gehäusemontage

Der Koffer kann entweder fertig vorgefunden oder selbst zusammengebaut werden. Sie können es zum Beispiel wie ich aus Sperrholz und Faserplatten herstellen. Zunächst wird eine rechteckige Frontplatte ausgeschnitten, auf der alle Bedienelemente angebracht werden.

Anschließend werden die Wände und der Boden des Kastens hergestellt und die Struktur mit selbstschneidenden Schrauben befestigt. Wenn der Rahmen fertig ist, können Sie die gesamte Elektronik darin installieren.

Bedienelemente, Zeigerköpfe, LEDs werden an ihren Plätzen in der Frontplatte installiert, die Platine wird im Inneren des Gehäuses platziert, der Kühler und der Lüfter werden an der Rückwand montiert. Für die Montage von LEDs werden spezielle Halter verwendet. Es empfiehlt sich, die Ausgangsklemmen zu duplizieren, insbesondere aus Platzgründen. Die Abmessungen des Gehäuses betrugen 290 x 200 x 120 mm. Im Inneren des Gehäuses ist noch viel Freiraum, und beispielsweise kann dort ein Transformator zur Stromversorgung des gesamten Geräts untergebracht werden.

Einstellungen

Trotz der vielen Trimmerwiderstände ist der Aufbau der Stromversorgung recht einfach. Zunächst kalibrieren wir das Voltmeter, indem wir ein externes Gerät an die Ausgangsklemmen anschließen. Durch Drehen des in Reihe mit dem Zeigerkopf des Voltmeters geschalteten Trimmwiderstands erreichen wir gleiche Messwerte. Dann schließen wir eine Last mit einem Amperemeter an den Ausgang an und kalibrieren den Shunt-Verstärker. Durch Drehen jedes der drei tiefgestellten Widerstände erreichen wir eine Übereinstimmung der Messwerte in jedem der drei Messbereiche des Amperemeters – in meinem Fall sind es 50 mA, 500 mA und 5 A. Als nächstes stellen wir mit vier Trimmwiderständen die notwendigen Schutzströme ein. Dies ist nicht schwierig, da das Standard-Amperemeter bereits kalibriert ist und den genauen Strom anzeigt. Wir erhöhen nach und nach die Spannung (gleichzeitig steigt auch der Strom) und schauen, bei welchem ​​Strom der Schutz auslöst. Dann drehen wir jeden der Widerstände und stellen so die vier erforderlichen Schutzströme ein, zwischen denen Sie mit einem Kippschalter umschalten können. Jetzt muss nur noch die gewünschte Ansprechschwelle des Kühlertemperatursensors eingestellt werden – die Einrichtung ist abgeschlossen.

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