Fonte de alimentação poderosa com proteção de corrente

Cada pessoa que monta circuitos eletrônicos precisa de uma fonte de alimentação universal que permita variar a tensão de saída em uma ampla faixa, controlar a corrente e, se necessário, desligar o dispositivo alimentado. Nas lojas, essas fontes de alimentação de laboratório são muito caras, mas você mesmo pode montar uma com componentes de rádio comuns.

A fonte de alimentação apresentada inclui:

• Ajuste de tensão até 24 volts;
• A corrente máxima fornecida à carga é de até 5 amperes;
• Proteção de corrente com escolha de vários valores fixos;
• Resfriamento ativo para operação em altas correntes;
• Disque indicadores de corrente e tensão;

Circuito regulador de tensão

A opção mais simples e acessível para um regulador de tensão é um circuito em um microcircuito especial chamado estabilizador de tensão. A opção mais adequada é o LM338, pois fornece corrente máxima de 5 A e ondulação mínima de saída. LM350 e LM317 também são adequados aqui, mas a corrente máxima neste caso será de 3 A e 1,5 A, respectivamente.Um resistor variável é utilizado para regular a tensão; seu valor depende da tensão máxima necessária para ser obtida na saída. Se a saída máxima necessária for 24 volts, será necessário um resistor variável com resistência de 4,3 kOhm. Neste caso, você precisa pegar um potenciômetro padrão de 4,7 kOhm e conectar uma constante de 47 kOhm em paralelo a ele, a resistência total será de aproximadamente 4,3 kOhm. Para alimentar todo o circuito, é necessária uma fonte DC com tensão de 24-35 volts, no meu caso é um transformador normal com retificador embutido. Você também pode usar carregadores de laptop ou outras fontes de pulso adequadas para corrente.

Este regulador de tensão é linear, o que significa que toda a diferença entre a tensão de entrada e saída cai em um chip e é dissipada nele na forma de calor. Em altas correntes isso é muito crítico, então o microcircuito deve ser instalado em um radiador grande; um radiador de um processador de computador, emparelhado com uma ventoinha, é o mais adequado para isso. Para garantir que a ventoinha não gire o tempo todo em vão, mas só ligue quando o radiador esquenta, é necessário montar um pequeno sensor de temperatura.

Circuito de controle do ventilador

É baseado em um termistor NTC, cuja resistência varia em função da temperatura - à medida que a temperatura aumenta, a resistência diminui significativamente e vice-versa. O amplificador operacional atua como comparador, registrando alterações na resistência do termistor. Quando o limite operacional é atingido, a tensão aparece na saída do amplificador operacional, o transistor é desbloqueado e aciona o ventilador, junto com o qual o ventilador acende. Diodo emissor de luz. O resistor de corte é utilizado para ajustar o limite de resposta; seu valor deve ser selecionado com base na resistência do termistor à temperatura ambiente. Digamos que o termistor tenha uma resistência de 100 kOhm, o resistor de corte neste caso deve ter um valor nominal de aproximadamente 150-200 kOhm. A principal vantagem deste esquema é a presença de histerese, ou seja, diferenças entre os limites para ligar e desligar o ventilador. Graças à histerese, o ventilador não liga e desliga frequentemente em temperaturas próximas do limite. O termistor é conectado diretamente ao radiador e instalado em qualquer local conveniente.

Circuito de proteção atual

Talvez a parte mais importante de toda a fonte de alimentação seja a proteção atual. Funciona da seguinte forma: a queda de tensão no shunt (resistor de 0,1 Ohm) é amplificada para um nível de 7 a 9 volts e comparada com a referência usando um comparador. A tensão de referência para comparação é definida por quatro resistores de corte na faixa de zero a 12 volts, a entrada do amplificador operacional é conectada aos resistores através de uma chave flip de 4 posições. Assim, alterando a posição da chave do biscoito, podemos escolher entre 4 opções predefinidas de correntes de proteção. Por exemplo, você pode definir os seguintes valores: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Se a corrente definida pela chave deslizante for excedida, a proteção funcionará, a tensão irá parar de fluir para a saída e o Diodo emissor de luz. Para reiniciar a proteção, basta pressionar brevemente o botão, a tensão de saída aparecerá novamente.O quinto resistor de corte é necessário para definir o ganho (sensibilidade); ele deve ser ajustado de forma que, com uma corrente através do shunt de 1 Ampere, a tensão na saída do amplificador operacional seja de aproximadamente 1-2 volts. O resistor de ajuste de histerese da proteção é responsável pela “limpeza” do travamento do circuito; ele precisa ser ajustado caso a tensão de saída não desapareça completamente. Este circuito é bom porque possui uma alta velocidade de resposta, ligando instantaneamente a proteção quando a corrente é excedida.

Unidade de exibição de corrente e tensão

A maioria das fontes de alimentação de laboratório são equipadas com voltímetros e amperímetros digitais que exibem valores como números em um display. Esta opção é compacta e oferece boa precisão de leitura, mas é totalmente inconveniente de ler. Por isso optou-se por utilizar pontas de seta para indicação, cujas leituras são fáceis e agradáveis ​​​​de perceber. No caso de um voltímetro, tudo é simples - ele é conectado aos terminais de saída da fonte de alimentação por meio de um resistor de corte com resistência de aproximadamente 1-2 MOhm. Para o correto funcionamento do amperímetro, é necessário um amplificador shunt, cujo circuito é mostrado abaixo.

É necessário um resistor trim para ajustar o ganho, na maioria dos casos basta deixá-lo na posição intermediária (aproximadamente 20-25 kOhm). A cabeça do ponteiro é conectada por meio de um interruptor de biscoito, com o qual você pode selecionar um dos três resistores de corte, com a ajuda dos quais é definido o desvio máximo de corrente do amperímetro. Assim, o amperímetro pode operar em três faixas - até 50 mA, até 500 mA, até 5A, o que garante a máxima precisão das leituras em qualquer corrente de carga.

Montagem da placa de alimentação

Agora que todos os aspectos teóricos foram levados em consideração, podemos começar a montar a parte eletrônica da estrutura. Todos os elementos da fonte de alimentação - regulador de tensão, sensor de temperatura do radiador, unidade de proteção, amplificador shunt para amperímetro - são montados em uma placa, cujas dimensões são 100x70 mm. A placa é feita pelo método LUT, abaixo estão diversas fotos do processo de fabricação.

É aconselhável estanhar os caminhos de energia ao longo dos quais a corrente de carga flui com uma espessa camada de solda para reduzir a resistência. Primeiro, pequenas peças são instaladas na placa.

Depois disso, todos os outros componentes. O chip 78L12, que alimenta o sensor de temperatura e o cooler, deve ser instalado em um pequeno radiador, cujo local é fornecido na placa de circuito impresso. Por fim, os fios são soldados na placa, na qual estão localizados o ventilador, o termistor, o botão de reset da proteção, os interruptores de biscoito, LEDs, chip LM338, entrada e saída de tensão. É mais conveniente conectar a entrada de tensão através de um conector DC, mas deve-se levar em consideração que ele deve fornecer uma grande corrente. Todos os fios de alimentação devem ser utilizados com seção adequada à corrente, preferencialmente de cobre. A saída positiva da placa de circuito impresso vai para os terminais de saída não diretamente, mas através de uma chave seletora com dois grupos de contatos. O segundo grupo liga e desliga Diodo emissor de luz, indicando se a tensão é fornecida aos terminais.

Montagem de habitação

A caixa pode ser encontrada pronta ou montada por você mesmo. Você pode fazer, por exemplo, de compensado e fibra, como eu fiz. Em primeiro lugar, é recortado um painel frontal retangular, no qual serão instalados todos os controles.

Em seguida, são feitas as paredes e o fundo da caixa, e a estrutura é fixada com parafusos auto-roscantes. Quando o quadro estiver pronto, você poderá instalar todos os componentes eletrônicos em seu interior.

Controles, ponteiros, LEDs são instalados em seus lugares no painel frontal, a placa é colocada dentro do gabinete, o radiador e a ventoinha são montados no painel traseiro. Suportes especiais são usados ​​para montar LEDs. É aconselhável duplicar os terminais de saída, especialmente porque o espaço permite. As dimensões do case acabaram sendo 290x200x120 mm, ainda há muito espaço livre dentro do case, e aí cabe, por exemplo, um transformador para alimentar todo o aparelho.

Configurações

Apesar dos muitos resistores trimmer, configurar a fonte de alimentação é bastante simples. Primeiramente calibramos o voltímetro conectando um externo aos terminais de saída. Ao girar o resistor de corte conectado em série com a cabeça do ponteiro do voltímetro, alcançamos igualdade de leituras. Em seguida, conectamos alguma carga com um amperímetro à saída e calibramos o amplificador shunt. Ao girar cada um dos três resistores subscritos, conseguimos coincidência nas leituras em cada uma das três faixas de medição do amperímetro - no meu caso é 50 mA, 500 mA e 5A. A seguir, definimos as correntes de proteção necessárias usando quatro resistores de ajuste. Isso não é difícil de fazer, visto que o amperímetro padrão já está calibrado e mostra a corrente exata. Aumentamos gradativamente a tensão (ao mesmo tempo que a corrente também aumenta) e vemos em que corrente a proteção é acionada. Em seguida, giramos cada um dos resistores, definindo as quatro correntes de proteção necessárias, entre as quais você pode alternar usando uma chave articulada. Agora só falta definir o limite de resposta desejado do sensor de temperatura do radiador - a configuração está concluída.

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