Nguồn điện mạnh mẽ với khả năng bảo vệ dòng điện

Mỗi người lắp ráp các mạch điện tử đều cần một nguồn điện đa năng cho phép họ thay đổi điện áp đầu ra trên một phạm vi rộng, điều khiển dòng điện và nếu cần, có thể tắt thiết bị được cấp nguồn. Trong các cửa hàng, những bộ nguồn dành cho phòng thí nghiệm như vậy rất đắt tiền, nhưng bạn có thể tự lắp ráp một bộ nguồn từ các bộ phận vô tuyến thông thường.

Bộ nguồn được trình bày bao gồm:

• Điều chỉnh điện áp lên tới 24 volt;
• Dòng điện tối đa cung cấp cho tải lên tới 5 ampe;
• Bảo vệ dòng điện bằng cách lựa chọn một số giá trị cố định;
• Làm mát chủ động để vận hành ở dòng điện cao;
• Quay số chỉ báo dòng điện và điện áp;

Mạch điều chỉnh điện áp

Tùy chọn đơn giản và hợp lý nhất cho bộ điều chỉnh điện áp là một mạch trên một vi mạch đặc biệt gọi là bộ ổn áp. Tùy chọn phù hợp nhất là LM338, nó cung cấp dòng điện tối đa 5 A và độ gợn đầu ra tối thiểu. LM350 và LM317 cũng phù hợp ở đây, nhưng dòng điện tối đa trong trường hợp này sẽ lần lượt là 3 A và 1,5 A.Một điện trở thay đổi được sử dụng để điều chỉnh điện áp; giá trị của nó phụ thuộc vào điện áp tối đa cần thiết để đạt được ở đầu ra. Nếu yêu cầu đầu ra tối đa là 24 volt thì cần có một điện trở thay đổi có điện trở 4,3 kOhm. Trong trường hợp này, bạn cần lấy một chiết áp tiêu chuẩn 4,7 kOhm và mắc song song hằng số 47 kOhm thì tổng điện trở sẽ xấp xỉ 4,3 kOhm. Để cấp nguồn cho toàn bộ mạch, bạn cần nguồn DC có điện áp 24-35 volt, trong trường hợp của tôi đây là máy biến áp thông thường có bộ chỉnh lưu tích hợp. Bạn cũng có thể sử dụng bộ sạc máy tính xách tay hoặc các nguồn xung khác phù hợp với dòng điện.

Bộ điều chỉnh điện áp này là tuyến tính, có nghĩa là toàn bộ sự khác biệt giữa điện áp đầu vào và đầu ra rơi vào một con chip và tiêu tán trên nó dưới dạng nhiệt. Ở dòng điện cao, điều này rất quan trọng, vì vậy vi mạch phải được lắp đặt trên một bộ tản nhiệt lớn, bộ tản nhiệt từ bộ xử lý máy tính kết hợp với quạt là phù hợp nhất cho việc này. Để đảm bảo quạt không quay liên tục một cách vô ích mà chỉ bật khi bộ tản nhiệt nóng lên, cần phải lắp một cảm biến nhiệt độ nhỏ.

Mạch điều khiển quạt

Nó dựa trên một điện trở nhiệt NTC, điện trở của nó thay đổi tùy theo nhiệt độ - khi nhiệt độ tăng, điện trở giảm đáng kể và ngược lại. Bộ khuếch đại hoạt động hoạt động như một bộ so sánh, ghi lại những thay đổi về điện trở của nhiệt điện trở. Khi đạt đến ngưỡng hoạt động, điện áp xuất hiện ở đầu ra của op-amp, bóng bán dẫn sẽ mở khóa và khởi động quạt, cùng với đó, quạt sẽ sáng lên. Điốt phát sáng. Điện trở cắt được sử dụng để điều chỉnh ngưỡng đáp ứng, giá trị của nó phải được chọn dựa trên điện trở của nhiệt điện trở ở nhiệt độ phòng. Giả sử nhiệt điện trở có điện trở 100 kOhm, điện trở cắt trong trường hợp này phải có giá trị danh nghĩa khoảng 150-200 kOhm. Ưu điểm chính của sơ đồ này là có hiện tượng trễ, tức là sự khác biệt giữa các ngưỡng bật và tắt quạt. Nhờ hiện tượng trễ nên quạt không bật tắt thường xuyên ở nhiệt độ gần ngưỡng. Điện trở nhiệt được nối trực tiếp với bộ tản nhiệt và lắp đặt ở bất kỳ nơi nào thuận tiện.

Mạch bảo vệ hiện tại

Có lẽ phần quan trọng nhất của toàn bộ nguồn điện là bảo vệ dòng điện. Nó hoạt động như sau: điện áp rơi trên shunt (điện trở 0,1 Ohm) được khuếch đại đến mức 7-9 volt và được so sánh với tham chiếu bằng bộ so sánh. Điện áp tham chiếu để so sánh được đặt bởi bốn điện trở cắt trong phạm vi từ 0 đến 12 volt, đầu vào của bộ khuếch đại hoạt động được kết nối với các điện trở thông qua công tắc lật 4 vị trí. Vì vậy, bằng cách thay đổi vị trí của công tắc bánh quy, chúng ta có thể chọn từ 4 phương án cài sẵn cho dòng điện bảo vệ. Ví dụ: bạn có thể đặt các giá trị sau: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Nếu vượt quá mức hiện tại do công tắc trượt đặt, bộ bảo vệ sẽ hoạt động, điện áp sẽ ngừng chạy đến đầu ra và Điốt phát sáng. Để thiết lập lại bảo vệ, chỉ cần nhấn nhanh nút, điện áp đầu ra sẽ xuất hiện trở lại.Điện trở cắt thứ năm là cần thiết để đặt mức tăng (độ nhạy); nó phải được đặt sao cho với dòng điện chạy qua shunt 1 Ampe, điện áp ở đầu ra của op-amp xấp xỉ 1-2 volt. Điện trở cài đặt độ trễ để bảo vệ có nhiệm vụ đảm bảo độ ổn định của mạch chốt, cần phải điều chỉnh nếu điện áp đầu ra không biến mất hoàn toàn. Mạch này tốt vì có tốc độ phản hồi cao, bật bảo vệ ngay lập tức khi dòng điện vượt quá.

Bộ hiển thị dòng điện và điện áp

Hầu hết các bộ nguồn trong phòng thí nghiệm đều được trang bị vôn kế và ampe kế kỹ thuật số hiển thị các giá trị dưới dạng số trên màn hình. Tùy chọn này nhỏ gọn và cung cấp độ chính xác cao cho kết quả đọc nhưng hoàn toàn bất tiện khi đọc. Đó là lý do tại sao người ta quyết định sử dụng đầu mũi tên để chỉ dẫn, các cách đọc rất dễ hiểu và dễ chịu. Trong trường hợp vôn kế, mọi thứ đều đơn giản - nó được kết nối với các đầu ra của nguồn điện thông qua một điện trở cắt có điện trở khoảng 1-2 MOhm. Để ampe kế hoạt động chính xác, cần có bộ khuếch đại shunt, mạch của nó được hiển thị bên dưới.

Cần có một điện trở cắt để điều chỉnh mức tăng, trong hầu hết các trường hợp, chỉ cần để nó ở vị trí chính giữa (khoảng 20-25 kOhm) là đủ. Đầu con trỏ được kết nối thông qua một công tắc bánh quy, trong đó bạn có thể chọn một trong ba điện trở cắt, với sự trợ giúp của nó để đặt dòng điện lệch tối đa của ampe kế. Do đó, ampe kế có thể hoạt động ở ba phạm vi - lên đến 50 mA, lên đến 500 mA, lên đến 5A, điều này đảm bảo độ chính xác tối đa của số đọc ở bất kỳ dòng tải nào.

Lắp ráp bảng cung cấp điện

Bây giờ tất cả các khía cạnh lý thuyết đã được tính đến, chúng ta có thể bắt đầu lắp ráp phần điện tử của cấu trúc. Tất cả các bộ phận của nguồn điện - bộ điều chỉnh điện áp, cảm biến nhiệt độ bộ tản nhiệt, bộ bảo vệ, bộ khuếch đại shunt cho ampe kế - được lắp ráp trên một bảng, kích thước của chúng là 100x70 mm. Bảng được chế tạo bằng phương pháp LUT; dưới đây là một số hình ảnh về quá trình sản xuất.

Nên bọc các đường dẫn điện dọc theo dòng điện tải bằng một lớp hàn dày để giảm điện trở. Đầu tiên, các bộ phận nhỏ được lắp đặt trên bo mạch.

Sau đó tất cả các thành phần khác. Chip 78L12, cung cấp năng lượng cho cảm biến nhiệt độ và bộ làm mát, phải được lắp đặt trên một bộ tản nhiệt nhỏ, vị trí được cung cấp trên bảng mạch in. Cuối cùng, dây được hàn vào bo mạch, trên đó có quạt, điện trở nhiệt, nút đặt lại bảo vệ, công tắc bánh quy, đèn LED, chip LM338, điện áp đầu vào và đầu ra. Thuận tiện nhất là kết nối đầu vào điện áp thông qua đầu nối DC, nhưng phải lưu ý rằng nó phải cung cấp dòng điện lớn. Tất cả các dây nguồn phải được sử dụng có tiết diện phù hợp với dòng điện, tốt nhất là dây đồng. Đầu ra cộng từ bảng mạch in không đi trực tiếp đến các đầu ra mà thông qua một công tắc bật tắt có hai nhóm tiếp điểm. Nhóm thứ hai bật và tắt Điốt phát sáng, cho biết liệu điện áp có được cung cấp cho các thiết bị đầu cuối hay không.

Lắp ráp nhà ở

Hộp đựng có thể được làm sẵn hoặc tự lắp ráp. Ví dụ, bạn có thể làm nó từ ván ép và ván sợi, như tôi đã làm. Trước hết, một bảng mặt trước hình chữ nhật được cắt ra, trên đó tất cả các điều khiển sẽ được cài đặt.

Sau đó, các bức tường và đáy hộp được tạo ra, và cấu trúc được gắn chặt với nhau bằng vít tự khai thác. Khi khung đã sẵn sàng, bạn có thể lắp đặt tất cả các thiết bị điện tử bên trong.

Điều khiển, đầu con trỏ, đèn LED được lắp vào vị trí của chúng ở bảng mặt trước, bo mạch được đặt bên trong vỏ, bộ tản nhiệt và quạt được gắn ở bảng phía sau. Giá đỡ đặc biệt được sử dụng để gắn đèn LED. Nên sao chép các thiết bị đầu cuối đầu ra, đặc biệt khi không gian cho phép. Kích thước của vỏ máy hóa ra là 290x200x120 mm, vẫn còn rất nhiều không gian trống bên trong vỏ và, ví dụ, một máy biến áp để cấp nguồn cho toàn bộ thiết bị có thể nằm gọn ở đó.

Cài đặt

Mặc dù có nhiều điện trở tông đơ nhưng việc thiết lập nguồn điện khá đơn giản. Trước hết, chúng tôi hiệu chỉnh vôn kế bằng cách kết nối một vôn kế bên ngoài với các cực đầu ra. Bằng cách xoay điện trở cắt mắc nối tiếp với đầu con trỏ của vôn kế, chúng ta đạt được số đọc bằng nhau. Sau đó, chúng tôi kết nối một số tải bằng ampe kế với đầu ra và hiệu chỉnh bộ khuếch đại shunt. Bằng cách xoay từng điện trở trong số ba điện trở chỉ số dưới, chúng ta đạt được sự trùng khớp về số đọc trên mỗi trong số ba phạm vi đo của ampe kế - trong trường hợp của tôi là 50 mA, 500 mA và 5A. Tiếp theo, chúng tôi đặt dòng điện bảo vệ cần thiết bằng cách sử dụng bốn điện trở cắt. Điều này không khó thực hiện vì ampe kế tiêu chuẩn đã được hiệu chuẩn và hiển thị dòng điện chính xác. Chúng tôi tăng dần điện áp (đồng thời dòng điện cũng tăng) và xem mức độ bảo vệ được kích hoạt ở mức nào. Sau đó, chúng tôi xoay từng điện trở, thiết lập bốn dòng bảo vệ cần thiết, giữa chúng bạn có thể chuyển đổi bằng công tắc lật. Bây giờ tất cả những gì còn lại là đặt ngưỡng phản hồi mong muốn của cảm biến nhiệt độ bộ tản nhiệt - quá trình thiết lập đã hoàn tất.

Xem video