Výkonný zdroj s prúdovou ochranou

Každý, kto zostavuje elektronické obvody, potrebuje univerzálny zdroj energie, ktorý mu umožňuje meniť výstupné napätie v širokom rozsahu, kontrolovať prúd a v prípade potreby vypnúť napájané zariadenie. V predajniach sú takéto laboratórne napájacie zdroje veľmi drahé, ale z bežných rádiových komponentov si ich poskladáte sami.

Prezentovaný napájací zdroj obsahuje:

• Nastavenie napätia do 24 voltov;
• Maximálny prúd dodávaný do záťaže je až 5 ampérov;
• Prúdová ochrana s výberom niekoľkých pevných hodnôt;
• Aktívne chladenie pre prevádzku pri vysokých prúdoch;
• Vytáčacie indikátory prúdu a napätia;

Obvod regulátora napätia

Najjednoduchšou a najdostupnejšou možnosťou regulátora napätia je obvod na špeciálnom mikroobvode nazývanom stabilizátor napätia. Najvhodnejšou možnosťou je LM338, poskytuje maximálny prúd 5 A a minimálne zvlnenie výstupu. Tu sú vhodné aj LM350 a LM317, ale maximálny prúd v tomto prípade bude 3 A a 1,5 A.Na reguláciu napätia sa používa variabilný odpor, ktorého hodnota závisí od maximálneho napätia potrebného na výstupe. Ak je maximálny požadovaný výkon 24 voltov, je potrebný variabilný odpor s odporom 4,3 kOhm. V tomto prípade musíte zobrať štandardný potenciometer 4,7 kOhm a paralelne s ním pripojiť konštantu 47 kOhm, celkový odpor bude približne 4,3 kOhm. Na napájanie celého obvodu potrebujete jednosmerný zdroj s napätím 24-35 voltov, v mojom prípade ide o bežný transformátor so zabudovaným usmerňovačom. Môžete použiť aj nabíjačky na notebook alebo iné rôzne pulzné zdroje, ktoré sú vhodné pre prúd.

Tento regulátor napätia je lineárny, čo znamená, že celý rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím pripadá na jeden čip a je na ňom odvádzaný vo forme tepla. Pri vysokých prúdoch je to veľmi kritické, takže mikroobvod musí byť inštalovaný na veľkom radiátore, na to je najvhodnejší radiátor z počítačového procesora spárovaný s ventilátorom. Aby sa ventilátor stále zbytočne neotáčal, ale zapínal sa iba vtedy, keď sa radiátor zahreje, je potrebné zostaviť malý snímač teploty.

Riadiaci obvod ventilátora

Jeho základom je NTC termistor, ktorého odpor sa mení v závislosti od teploty – so zvyšujúcou sa teplotou odpor výrazne klesá a naopak. Operačný zosilňovač funguje ako komparátor, ktorý zaznamenáva zmeny odporu termistora. Po dosiahnutí prevádzkového prahu sa na výstupe operačného zosilňovača objaví napätie, tranzistor sa odblokuje a spustí ventilátor, spolu s ktorým sa ventilátor rozsvieti. Dióda vyžarujúca svetlo. Trimovací odpor sa používa na nastavenie prahu odozvy, jeho hodnota by mala byť zvolená na základe odporu termistora pri izbovej teplote. Povedzme, že termistor má odpor 100 kOhm, orezávací odpor by v tomto prípade mal mať nominálnu hodnotu približne 150-200 kOhm. Hlavnou výhodou tejto schémy je prítomnosť hysterézie, t.j. rozdiely medzi prahovými hodnotami pre zapnutie a vypnutie ventilátora. Vďaka hysterézii sa ventilátor pri teplotách blízko prahu často nezapína a nevypína. Termistor je pripojený priamo k radiátoru a inštalovaný na akomkoľvek vhodnom mieste.

Prúdový ochranný obvod

Azda najdôležitejšou súčasťou celého napájacieho zdroja je prúdová ochrana. Funguje to nasledovne: pokles napätia na bočníku (0,1 Ohm rezistor) sa zosilní na úroveň 7-9 voltov a porovnáva sa s referenčnou hodnotou pomocou komparátora. Referenčné napätie pre porovnanie sa nastavuje štyrmi trimovacími odpormi v rozsahu od nula do 12 voltov, vstup operačného zosilňovača je k odporom pripojený cez 4-polohový prepínač. Zmenou polohy sušienkového spínača si teda môžeme vybrať zo 4 prednastavených možností ochranných prúdov. Môžete napríklad nastaviť nasledujúce hodnoty: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Ak sa prekročí prúd nastavený posuvným prepínačom, ochrana bude fungovať, napätie prestane prúdiť na výstup a Dióda vyžarujúca svetlo. Pre reset ochrany stačí krátko stlačiť tlačidlo, opäť sa objaví výstupné napätie.Piaty trimovací odpor je potrebný na nastavenie zosilnenia (citlivosti), musí byť nastavený tak, aby pri prúde cez bočník 1 ampér bolo napätie na výstupe operačného zosilňovača približne 1-2 volty. Za „čistotu“ prichytenia obvodu je zodpovedný hysterézny rezistor pre ochranu, ktorý je potrebné upraviť, ak výstupné napätie úplne nezmizne. Tento obvod je dobrý, pretože má vysokú rýchlosť odozvy, okamžite zapne ochranu pri prekročení prúdu.

Zobrazovacia jednotka prúdu a napätia

Väčšina laboratórnych napájacích zdrojov je vybavená digitálnymi voltmetrami a ampérmetrami, ktoré zobrazujú hodnoty ako čísla na displeji. Táto možnosť je kompaktná a poskytuje dobrú presnosť odčítania, ale je úplne nepohodlná na čítanie. Preto bolo rozhodnuté použiť na indikáciu šípové hlavice, ktorých hodnoty sú ľahko a príjemne vnímateľné. V prípade voltmetra je všetko jednoduché - je pripojený k výstupným svorkám napájacieho zdroja cez trimovací odpor s odporom približne 1-2 MOhm. Pre správnu činnosť ampérmetra je potrebný bočný zosilňovač, ktorého obvod je znázornený nižšie.

Na nastavenie zosilnenia je potrebný trimovací rezistor, väčšinou ho stačí nechať v strednej polohe (cca 20-25 kOhm). Hlavica ukazovateľa sa pripája cez sušienkový spínač, pomocou ktorého možno zvoliť jeden z troch trimovacích odporov, pomocou ktorých sa nastavuje maximálny výchylkový prúd ampérmetra. Ampérmeter teda môže pracovať v troch rozsahoch - do 50 mA, do 500 mA, do 5A, čo zaručuje maximálnu presnosť odčítania pri akomkoľvek zaťažovacom prúde.

Zostava napájacej dosky

Teraz, keď boli vzaté do úvahy všetky teoretické aspekty, môžeme začať s montážou elektronickej časti konštrukcie. Všetky prvky napájacieho zdroja - regulátor napätia, snímač teploty radiátora, ochranná jednotka, bočný zosilňovač pre ampérmeter - sú zostavené na jednej doske, ktorej rozmery sú 100x70 mm. Doska je vyrobená metódou LUT, nižšie je niekoľko fotografií výrobného procesu.

Silové cesty, po ktorých tečie záťažový prúd, je vhodné pocínovať hrubou vrstvou spájky, aby sa znížil odpor. Najprv sú na doske nainštalované malé časti.

Potom všetky ostatné komponenty. Čip 78L12, ktorý napája snímač teploty a chladič, musí byť nainštalovaný na malom radiátore, ktorého miesto je určené na doske plošných spojov. Nakoniec sú na dosku prispájkované vodiče, na ktorých je ventilátor, termistor, ochranné resetovacie tlačidlo, sušienky, LED diódy, čip LM338, napäťový vstup a výstup. Napäťový vstup je najvýhodnejšie pripojiť cez DC konektor, treba však počítať s tým, že musí poskytovať veľký prúd. Všetky silové vodiče musia byť použité s prierezom zodpovedajúcim prúdu, najlepšie medeným. Plusový výstup z dosky plošných spojov ide na výstupné svorky nie priamo, ale cez prepínač s dvoma skupinami kontaktov. Druhá skupina sa zapína a vypína Dióda vyžarujúca svetlo, ktorý indikuje, či je na svorky privádzané napätie.

Bytová zostava

Puzdro je možné nájsť hotové alebo zložené sami. Môžete ho vyrobiť napríklad z preglejky a drevovláknitých dosiek, ako som to urobil ja. Najprv je vyrezaný obdĺžnikový predný panel, na ktorom budú nainštalované všetky ovládacie prvky.

Potom sa vyrobia steny a spodok škatule a konštrukcia sa pripevní samoreznými skrutkami. Keď je rám pripravený, môžete dovnútra nainštalovať všetku elektroniku.

Ovládacie prvky, ukazovacie hlavy, LED diódy sú inštalované na svojich miestach v prednom paneli, doska je umiestnená vo vnútri skrine, chladič a ventilátor sú namontované na zadnom paneli. Na upevnenie LED diód sa používajú špeciálne držiaky. Odporúča sa duplikovať výstupné svorky, najmä preto, že to priestor umožňuje. Rozmery puzdra sa ukázali byť 290x200x120 mm, vo vnútri puzdra je ešte veľa voľného miesta a zmestí sa tam napríklad transformátor na napájanie celého zariadenia.

nastavenie

Napriek množstvu rezistorov trimrov je nastavenie napájacieho zdroja celkom jednoduché. V prvom rade nakalibrujeme voltmeter pripojením externého na výstupné svorky. Otáčaním trimovacieho rezistora zapojeného do série s hlavicou ukazovateľa voltmetra dosiahneme rovnosť odčítania. Potom na výstup pripojíme záťaž s ampérmetrom a nakalibrujeme bočný zosilňovač. Otáčaním každého z troch dolných rezistorov dosiahneme zhodu údajov na každom z troch meracích rozsahov ampérmetra - v mojom prípade je to 50 mA, 500 mA a 5A. Ďalej nastavíme potrebné ochranné prúdy pomocou štyroch orezávacích rezistorov. To nie je ťažké urobiť, pretože štandardný ampérmeter je už kalibrovaný a ukazuje presný prúd. Postupne zvyšujeme napätie (súčasne sa zvyšuje aj prúd) a vidíme, pri akom prúde sa ochrana spúšťa. Potom otočíme každý z rezistorov, pričom nastavíme štyri požadované ochranné prúdy, medzi ktorými môžete prepínať pomocou prepínača. Teraz už zostáva len nastaviť požadovaný prah odozvy snímača teploty radiátora - nastavenie je dokončené.

Pozri si video