Alimentation puissante avec protection de courant

Toute personne qui assemble des circuits électroniques a besoin d'une source d'alimentation universelle qui lui permet de faire varier la tension de sortie sur une large plage, de contrôler le courant et, si nécessaire, d'éteindre l'appareil alimenté. Dans les magasins, ces alimentations de laboratoire sont très chères, mais vous pouvez en assembler une vous-même à partir de composants radio courants.

L'alimentation présentée comprend :

• Réglage de la tension jusqu'à 24 volts ;
• Le courant maximum fourni à la charge peut atteindre 5 ampères ;
• Protection de courant avec choix de plusieurs valeurs fixes ;
• Refroidissement actif pour un fonctionnement à des courants élevés ;
• Composez les indicateurs de courant et de tension ;

Circuit régulateur de tension

L'option la plus simple et la plus abordable pour un régulateur de tension est un circuit sur un microcircuit spécial appelé stabilisateur de tension. L'option la plus appropriée est le LM338, il fournit un courant maximum de 5 A et un minimum d'ondulation de sortie. Les LM350 et LM317 conviennent également ici, mais le courant maximum dans ce cas sera respectivement de 3 A et 1,5 A.Une résistance variable est utilisée pour réguler la tension, sa valeur dépend de la tension maximale à obtenir en sortie. Si la puissance maximale requise est de 24 volts, une résistance variable d'une résistance de 4,3 kOhm est requise. Dans ce cas, vous devez prendre un potentiomètre standard de 4,7 kOhm et connecter en parallèle une constante de 47 kOhm, la résistance totale sera d'environ 4,3 kOhm. Pour alimenter l'ensemble du circuit, vous avez besoin d'une source CC avec une tension de 24 à 35 volts, dans mon cas, il s'agit d'un transformateur ordinaire avec un redresseur intégré. Vous pouvez également utiliser des chargeurs d'ordinateur portable ou d'autres sources d'impulsions adaptées au courant.

Ce régulateur de tension est linéaire, ce qui signifie que toute la différence entre la tension d'entrée et de sortie tombe sur une puce et y est dissipée sous forme de chaleur. À des courants élevés, cela est très critique, le microcircuit doit donc être installé sur un grand radiateur : un radiateur issu d'un processeur informatique, associé à un ventilateur, est le mieux adapté pour cela. Pour que le ventilateur ne tourne pas tout le temps en vain, mais ne s'allume que lorsque le radiateur chauffe, il est nécessaire d'assembler un petit capteur de température.

Circuit de commande du ventilateur

Il est basé sur une thermistance NTC dont la résistance varie en fonction de la température - à mesure que la température augmente, la résistance diminue considérablement et vice versa. L'amplificateur opérationnel agit comme un comparateur, enregistrant les changements dans la résistance de la thermistance. Lorsque le seuil de fonctionnement est atteint, une tension apparaît à la sortie de l'ampli-op, le transistor se déverrouille et démarre le ventilateur, ce qui fait que le ventilateur s'allume. Diode électro-luminescente. La résistance d'ajustement est utilisée pour ajuster le seuil de réponse, sa valeur doit être sélectionnée en fonction de la résistance de la thermistance à température ambiante. Disons que la thermistance a une résistance de 100 kOhm, la résistance d'ajustement dans ce cas devrait avoir une valeur nominale d'environ 150-200 kOhm. Le principal avantage de ce schéma est la présence d'hystérésis, c'est-à-dire différences entre les seuils d'allumage et d'extinction du ventilateur. Grâce à l'hystérésis, le ventilateur ne s'allume et s'éteint pas fréquemment à des températures proches du seuil. La thermistance est connectée directement au radiateur et installée dans n'importe quel endroit pratique.

Circuit de protection actuel

La partie la plus importante de l’ensemble de l’alimentation électrique est peut-être la protection actuelle. Il fonctionne comme suit : la chute de tension aux bornes du shunt (résistance de 0,1 Ohm) est amplifiée jusqu'à un niveau de 7 à 9 volts et est comparée à la référence à l'aide d'un comparateur. La tension de référence pour comparaison est définie par quatre résistances d'ajustement dans la plage de zéro à 12 volts, l'entrée de l'amplificateur opérationnel est connectée aux résistances via un interrupteur à bascule à 4 positions. Ainsi, en changeant la position de l'interrupteur à biscuit, nous pouvons choisir parmi 4 options prédéfinies pour les courants de protection. Par exemple, vous pouvez définir les valeurs suivantes : 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Si le courant réglé par l'interrupteur à glissière est dépassé, la protection fonctionnera, la tension cessera de circuler vers la sortie et le Diode électro-luminescente. Pour réinitialiser la protection, appuyez simplement brièvement sur le bouton, la tension de sortie réapparaîtra.La cinquième résistance d'ajustement est nécessaire pour régler le gain (sensibilité) ; elle doit être réglée de telle sorte qu'avec un courant traversant le shunt de 1 Ampère, la tension à la sortie de l'ampli-op soit d'environ 1-2 volts. La résistance de réglage de l'hystérésis de la protection est responsable de la "clarté" du verrouillage du circuit ; elle doit être ajustée si la tension de sortie ne disparaît pas complètement. Ce circuit est bon car il a une vitesse de réponse élevée, activant instantanément la protection lorsque le courant est dépassé.

Unité d'affichage de courant et de tension

La plupart des alimentations de laboratoire sont équipées de voltmètres et d'ampèremètres numériques qui affichent les valeurs sous forme de chiffres sur un écran. Cette option est compacte et offre une bonne précision des lectures, mais elle est totalement peu pratique à lire. C'est pourquoi il a été décidé d'utiliser à titre indicatif des pointes de flèches dont les lectures sont faciles et agréables à percevoir. Dans le cas d'un voltmètre, tout est simple: il est connecté aux bornes de sortie de l'alimentation via une résistance d'ajustement d'une résistance d'environ 1 à 2 MOhm. Pour le bon fonctionnement de l'ampèremètre, un amplificateur shunt est nécessaire, dont le circuit est illustré ci-dessous.

Une résistance de trim est nécessaire pour ajuster le gain ; dans la plupart des cas, il suffit de la laisser en position médiane (environ 20-25 kOhm). La tête du pointeur est connectée via un interrupteur à biscuit, avec lequel vous pouvez sélectionner l'une des trois résistances d'ajustement, à l'aide desquelles le courant de déviation maximal de l'ampèremètre est réglé. Ainsi, l'ampèremètre peut fonctionner dans trois plages - jusqu'à 50 mA, jusqu'à 500 mA, jusqu'à 5A, cela garantit une précision maximale des lectures à n'importe quel courant de charge.

Assemblage de la carte d'alimentation

Maintenant que tous les aspects théoriques ont été pris en compte, nous pouvons commencer à assembler la partie électronique de la structure. Tous les éléments de l'alimentation électrique - régulateur de tension, capteur de température du radiateur, unité de protection, amplificateur shunt pour l'ampèremètre - sont assemblés sur une seule carte dont les dimensions sont de 100x70 mm. La planche est réalisée selon la méthode LUT ; ci-dessous plusieurs photographies du processus de fabrication.

Il est conseillé d'étamer les chemins d'alimentation le long desquels circule le courant de charge avec une épaisse couche de soudure pour réduire la résistance. Tout d'abord, de petites pièces sont installées sur la carte.

Après cela, tous les autres composants. La puce 78L12, qui alimente le capteur de température et le refroidisseur, doit être installée sur un petit radiateur dont l'emplacement est prévu sur le circuit imprimé. Enfin, des fils sont soudés sur la carte, sur lesquels le ventilateur, la thermistance, le bouton de réinitialisation de la protection, les interrupteurs à biscuit, LED, puce LM338, entrée et sortie de tension. Il est plus pratique de connecter l'entrée de tension via un connecteur DC, mais il faut tenir compte du fait qu'il doit fournir un courant important. Tous les fils électriques doivent être utilisés avec une section adaptée au courant, de préférence en cuivre. La sortie positive de la carte de circuit imprimé va aux bornes de sortie non pas directement, mais via un interrupteur à bascule avec deux groupes de contacts. Le deuxième groupe s'allume et s'éteint Diode électro-luminescente, indiquant si la tension est fournie aux bornes.

Assemblage du boîtier

Le boîtier peut être trouvé prêt à l'emploi ou assemblé vous-même. Vous pouvez le fabriquer, par exemple, à partir de contreplaqué et de panneaux de fibres, comme je l'ai fait. Tout d'abord, un panneau avant rectangulaire est découpé, sur lequel seront installées toutes les commandes.

Ensuite, les murs et le fond de la boîte sont réalisés et la structure est fixée avec des vis autotaraudeuses. Lorsque le cadre est prêt, vous pouvez installer toute l’électronique à l’intérieur.

Commandes, têtes de pointeur, LED sont installés à leur place dans le panneau avant, la carte est placée à l'intérieur du boîtier, le radiateur et le ventilateur sont montés sur le panneau arrière. Des supports spéciaux sont utilisés pour monter les LED. Il est conseillé de dupliquer les bornes de sortie, d'autant plus que l'espace le permet. Les dimensions du boîtier se sont avérées être de 290x200x120 mm, il y a encore beaucoup d'espace libre à l'intérieur du boîtier et, par exemple, un transformateur pour alimenter l'ensemble de l'appareil peut y être installé.

Paramètres

Malgré les nombreuses résistances d'ajustement, la configuration de l'alimentation est assez simple. Tout d'abord, nous étalonnons le voltmètre en en connectant un externe aux bornes de sortie. En faisant tourner la résistance d'ajustement connectée en série avec la tête de pointeur du voltmètre, nous obtenons l'égalité des lectures. Ensuite, nous connectons une charge avec un ampèremètre à la sortie et calibrons l'amplificateur shunt. En faisant tourner chacune des trois résistances en indice, nous obtenons une coïncidence des lectures sur chacune des trois plages de mesure de l'ampèremètre - dans mon cas, il s'agit de 50 mA, 500 mA et 5A. Ensuite, nous définissons les courants de protection nécessaires à l'aide de quatre résistances d'ajustement. Ce n'est pas difficile à faire, étant donné que l'ampèremètre standard est déjà calibré et indique le courant exact. Nous augmentons progressivement la tension (en même temps le courant augmente également) et voyons à quel courant la protection se déclenche. Ensuite, nous faisons tourner chacune des résistances, en réglant les quatre courants de protection requis, entre lesquels vous pouvez basculer à l'aide d'un interrupteur à bascule. Il ne reste plus qu'à régler le seuil de réponse souhaité du capteur de température du radiateur : le réglage est terminé.

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