Wydajny zasilacz z zabezpieczeniem prądowym

Każda osoba montująca obwody elektroniczne potrzebuje uniwersalnego źródła zasilania, które pozwoli jej zmieniać napięcie wyjściowe w szerokim zakresie, kontrolować prąd, a w razie potrzeby wyłączyć zasilane urządzenie. W sklepach takie zasilacze laboratoryjne są bardzo drogie, ale można je samemu złożyć ze zwykłych podzespołów radiowych.

Prezentowany zasilacz zawiera:

• Regulacja napięcia do 24 woltów;
• Maksymalny prąd dostarczany do obciążenia wynosi do 5 amperów;
• Zabezpieczenie prądowe z wyborem kilku stałych wartości;
• Aktywne chłodzenie do pracy przy dużych prądach;
• Wskaźniki zegarowe prądu i napięcia;

Obwód regulatora napięcia

Najprostszą i najtańszą opcją regulatora napięcia jest obwód na specjalnym mikroukładzie zwany stabilizatorem napięcia. Najbardziej odpowiednią opcją jest LM338, zapewnia maksymalny prąd 5 A i minimalne tętnienie wyjściowe. Odpowiednie są tutaj również LM350 i LM317, ale maksymalny prąd w tym przypadku wyniesie odpowiednio 3 A i 1,5 A.Do regulacji napięcia służy rezystor zmienny, którego wartość zależy od maksymalnego napięcia wymaganego do uzyskania na wyjściu. Jeśli maksymalne wymagane napięcie wyjściowe wynosi 24 V, wymagany jest rezystor zmienny o rezystancji 4,3 kOhm. W takim przypadku należy wziąć standardowy potencjometr 4,7 kOhm i podłączyć równolegle do niego stałą 47 kOhm, całkowita rezystancja wyniesie około 4,3 kOhm. Do zasilania całego obwodu potrzebne jest źródło prądu stałego o napięciu 24-35 woltów, w moim przypadku jest to zwykły transformator z wbudowanym prostownikiem. Możesz także użyć ładowarek do laptopów lub innych różnych źródeł impulsów, które są odpowiednie dla prądu.

Ten regulator napięcia jest liniowy, co oznacza, że ​​cała różnica między napięciem wejściowym i wyjściowym spada na jeden chip i jest na nim rozpraszana w postaci ciepła. Przy wysokich prądach jest to bardzo krytyczne, dlatego mikroukład należy zainstalować na dużym grzejniku, najlepiej nadaje się do tego grzejnik z procesora komputera w połączeniu z wentylatorem. Aby wentylator nie kręcił się cały czas na próżno, ale włączał się dopiero wtedy, gdy grzejnik się nagrzeje, konieczne jest zamontowanie małego czujnika temperatury.

Obwód sterowania wentylatorem

Opiera się na termistorze NTC, którego rezystancja zmienia się w zależności od temperatury - wraz ze wzrostem temperatury rezystancja znacznie maleje i odwrotnie. Wzmacniacz operacyjny pełni funkcję komparatora, rejestrując zmiany rezystancji termistora. Po osiągnięciu progu roboczego na wyjściu wzmacniacza operacyjnego pojawia się napięcie, tranzystor odblokowuje się i uruchamia wentylator, wraz z którym wentylator się zapala. Dioda LED. Rezystor dostrajający służy do regulacji progu zadziałania, jego wartość należy dobrać na podstawie rezystancji termistora w temperaturze pokojowej. Załóżmy, że termistor ma rezystancję 100 kOhm, rezystor dostrajający w tym przypadku powinien mieć wartość nominalną około 150-200 kOhm. Główną zaletą tego schematu jest obecność histerezy, tj. różnice pomiędzy progami załączenia i wyłączenia wentylatora. Dzięki histerezie wentylator nie załącza się zbyt często przy temperaturach bliskich progowi. Termistor podłącza się bezpośrednio do chłodnicy i instaluje w dowolnym dogodnym miejscu.

Aktualny obwód ochronny

Być może najważniejszą częścią całego zasilacza jest ochrona prądowa. Działa to w następujący sposób: spadek napięcia na boczniku (rezystor 0,1 oma) jest wzmacniany do poziomu 7-9 woltów i porównywany z wartością odniesienia za pomocą komparatora. Napięcie odniesienia do porównania jest ustawiane przez cztery rezystory dostrajające w zakresie od zera do 12 woltów, wejście wzmacniacza operacyjnego jest połączone z rezystorami za pomocą 4-pozycyjnego przełącznika klapkowego. Tym samym zmieniając położenie wyłącznika biszkoptowego mamy do wyboru 4 wstępnie ustawione opcje prądów ochronnych. Można ustawić przykładowo wartości: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. W przypadku przekroczenia prądu ustawionego przełącznikiem suwakowym zadziała zabezpieczenie, napięcie przestanie płynąć na wyjście i Dioda LED. Aby zresetować zabezpieczenie, wystarczy krótko nacisnąć przycisk, napięcie wyjściowe pojawi się ponownie.Piąty rezystor dostrajający jest niezbędny do ustawienia wzmocnienia (czułości); należy go ustawić tak, aby przy prądzie przepływającym przez bocznik o wartości 1 ampera napięcie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego wynosiło około 1-2 woltów. Rezystor ustawiający histerezę zabezpieczenia odpowiada za „czytelność” zatrzaskiwania obwodu, należy go wyregulować, jeśli napięcie wyjściowe nie zanika całkowicie. Ten obwód jest dobry, ponieważ ma dużą szybkość reakcji, natychmiast włączając zabezpieczenie gdy prąd zostanie przekroczony.

Jednostka wyświetlająca prąd i napięcie

Większość zasilaczy laboratoryjnych wyposażona jest w cyfrowe woltomierze i amperomierze, które wyświetlają wartości w postaci liczb na wyświetlaczu. Ta opcja jest kompaktowa i zapewnia dobrą dokładność odczytów, ale jest całkowicie niewygodna w czytaniu. Dlatego do wskazań zdecydowano się wykorzystać groty strzałek, których odczyty są łatwe i przyjemne w odbiorze. W przypadku woltomierza wszystko jest proste - podłącza się go do zacisków wyjściowych zasilacza poprzez rezystor dostrajający o rezystancji około 1-2 MOhm. Do prawidłowego działania amperomierza wymagany jest wzmacniacz bocznikowy, którego obwód pokazano poniżej.

Do regulacji wzmocnienia potrzebny jest rezystor dostrajający, w większości przypadków wystarczy pozostawić go w pozycji środkowej (około 20-25 kOhm). Głowicę wskaźnikową podłącza się za pomocą przełącznika biszkoptowego, za pomocą którego można wybrać jeden z trzech rezystorów dostrajających, za pomocą których ustawia się maksymalny prąd odchylenia amperomierza. Zatem amperomierz może pracować w trzech zakresach - do 50 mA, do 500 mA, do 5A, co zapewnia maksymalną dokładność odczytów przy dowolnym prądzie obciążenia.

Zespół płytki zasilacza

Teraz, gdy wszystkie aspekty teoretyczne zostały wzięte pod uwagę, możemy przystąpić do montażu elektronicznej części konstrukcji. Wszystkie elementy zasilacza - regulator napięcia, czujnik temperatury chłodnicy, zespół zabezpieczający, wzmacniacz bocznikowy do amperomierza - zmontowano na jednej płytce o wymiarach 100x70 mm. Płytka wykonana metodą LUT, poniżej kilka zdjęć z procesu produkcyjnego.

Zaleca się cynowanie ścieżek zasilających, wzdłuż których płynie prąd obciążenia, grubą warstwą lutowia w celu zmniejszenia rezystancji. Najpierw na płycie instalowane są małe części.

Potem wszystkie pozostałe komponenty. Układ 78L12 zasilający czujnik temperatury i chłodnicę należy zamontować na małym radiatorze, na który przewidziano miejsce na płytce drukowanej. Na koniec przylutowuje się przewody do płytki, na której znajduje się wentylator, termistor, przycisk resetowania zabezpieczeń, przełączniki biszkoptowe, Diody LED, Układ LM338, wejście i wyjście napięcia. Najwygodniej jest podłączyć wejście napięciowe poprzez złącze DC, należy jednak liczyć się z tym, że musi ono zapewniać duży prąd. Wszystkie przewody zasilające muszą mieć przekrój odpowiedni do prądu, najlepiej miedziane. Wyjście dodatnie z płytki drukowanej trafia na zaciski wyjściowe nie bezpośrednio, ale poprzez przełącznik z dwiema grupami styków. Druga grupa włącza się i wyłącza Dioda LED, wskazując, czy na zaciski dostarczane jest napięcie.

Montaż obudowy

Obudowę można znaleźć w postaci gotowej lub zmontowanej samodzielnie. Możesz to zrobić na przykład ze sklejki i płyty pilśniowej, tak jak ja. Przede wszystkim wycinany jest prostokątny panel przedni, na którym zostaną zamontowane wszystkie elementy sterujące.

Następnie wykonuje się ściany i spód skrzynki, a konstrukcję mocuje się za pomocą wkrętów samogwintujących. Gdy rama będzie już gotowa, można zamontować w jej wnętrzu całą elektronikę.

Elementy sterujące, głowice wskaźników, Diody LED montuje się na swoich miejscach na panelu przednim, płytkę umieszcza się wewnątrz obudowy, radiator i wentylator montuje się na panelu tylnym. Do montażu diod LED służą specjalne uchwyty. Wskazane jest powielenie zacisków wyjściowych, zwłaszcza, że ​​pozwala na to miejsce. Wymiary obudowy wyniosły 290x200x120 mm, wewnątrz obudowy jest jeszcze sporo wolnego miejsca i zmieści się tam np. transformator zasilający całe urządzenie.

Ustawienia

Pomimo wielu rezystorów trymera, ustawienie zasilania jest dość proste. W pierwszej kolejności kalibrujemy woltomierz podłączając zewnętrzny do zacisków wyjściowych. Obracając rezystor dostrajający połączony szeregowo z główką wskazówki woltomierza, uzyskujemy równość odczytów. Następnie podłączamy do wyjścia obciążenie z amperomierzem i kalibrujemy wzmacniacz bocznikowy. Obracając każdy z trzech rezystorów indeksu dolnego uzyskujemy zbieżność wskazań na każdym z trzech zakresów pomiarowych amperomierza - w moim przypadku jest to 50 mA, 500 mA i 5A. Następnie ustawiamy niezbędne prądy zabezpieczające za pomocą czterech rezystorów dostrajających. Nie jest to trudne, biorąc pod uwagę, że standardowy amperomierz jest już skalibrowany i pokazuje dokładny prąd. Stopniowo zwiększamy napięcie (w tym samym czasie wzrasta również prąd) i sprawdzamy, przy jakim prądzie zadziała zabezpieczenie. Następnie obracamy każdy z rezystorów, ustawiając cztery wymagane prądy zabezpieczające, pomiędzy którymi można przełączać za pomocą przełącznika klapkowego. Teraz pozostaje tylko ustawić żądany próg reakcji czujnika temperatury grzejnika - konfiguracja jest zakończona.

Obejrzyj wideo