Každý, kdo sestavuje elektronické obvody, potřebuje univerzální zdroj energie, který mu umožňuje měnit výstupní napětí v širokém rozsahu, řídit proud a v případě potřeby vypnout napájené zařízení. V obchodech jsou takové laboratorní zdroje velmi drahé, ale můžete si jeden sestavit sami z běžných rádiových součástek.
Prezentovaný napájecí zdroj obsahuje:
- Nastavení napětí až do 24 voltů;
- Maximální proud dodávaný do zátěže je až 5 ampér;
- Proudová ochrana s výběrem několika pevných hodnot;
- Aktivní chlazení pro provoz při vysokých proudech;
- Ukazatele proudu a napětí;
Obvod regulátoru napětí
Nejjednodušší a nejdostupnější možností regulátoru napětí je obvod na speciálním mikroobvodu nazývaném stabilizátor napětí. Nejvhodnější variantou je LM338, poskytuje maximální proud 5 A a minimální zvlnění výstupu. Zde jsou vhodné také LM350 a LM317, ale maximální proud v tomto případě bude 3 A a 1,5 A.K regulaci napětí se používá proměnný rezistor, jehož hodnota závisí na maximálním požadovaném napětí na výstupu. Pokud je maximální požadovaný výkon 24 voltů, je zapotřebí proměnný rezistor s odporem 4,3 kOhm. V tomto případě je třeba vzít běžný potenciometr 4,7 kOhm a paralelně s ním zapojit konstantu 47 kOhm, celkový odpor bude přibližně 4,3 kOhm. Pro napájení celého obvodu potřebujete stejnosměrný zdroj o napětí 24-35 voltů, v mém případě se jedná o běžný transformátor s vestavěným usměrňovačem. Můžete také použít nabíječky notebooků nebo jiné různé pulzní zdroje, které jsou vhodné pro proud.
Tento regulátor napětí je lineární, což znamená, že celý rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím dopadá na jeden čip a je na něm odváděn ve formě tepla. Při vysokých proudech je to velmi kritické, takže mikroobvod musí být instalován na velkém radiátoru, k tomu se nejlépe hodí radiátor z počítačového procesoru spárovaný s ventilátorem. Aby se ventilátor neustále netočil nadarmo, ale zapínal se až při zahřátí radiátoru, je nutné sestavit malé teplotní čidlo.
Obvod ovládání ventilátoru
Jeho základem je NTC termistor, jehož odpor se mění v závislosti na teplotě – s rostoucí teplotou odpor výrazně klesá a naopak. Operační zesilovač funguje jako komparátor, registrující změny odporu termistoru. Po dosažení provozního prahu se na výstupu operačního zesilovače objeví napětí, tranzistor se odemkne a spustí ventilátor, spolu s ním se ventilátor rozsvítí. Světelná dioda. Trimovací rezistor se používá k nastavení prahu odezvy, jeho hodnota by měla být zvolena na základě odporu termistoru při pokojové teplotě. Řekněme, že termistor má odpor 100 kOhm, trimovací rezistor by v tomto případě měl mít nominální hodnotu přibližně 150-200 kOhm. Hlavní výhodou tohoto schématu je přítomnost hystereze, tzn. rozdíly mezi prahovými hodnotami pro zapnutí a vypnutí ventilátoru. Díky hysterezi se ventilátor často nezapíná a nevypíná při teplotách blízkých prahové hodnotě. Termistor je připojen přímo k radiátoru a instalován na libovolném vhodném místě.
Proudový ochranný obvod
Snad nejdůležitější částí celého napájecího zdroje je proudová ochrana. Funguje následovně: úbytek napětí na bočníku (odpor 0,1 Ohm) se zesílí na úroveň 7-9 voltů a pomocí komparátoru se porovná s referencí. Referenční napětí pro srovnání se nastavuje čtyřmi trimovacími odpory v rozsahu od nuly do 12 voltů, vstup operačního zesilovače je k odporům připojen přes 4polohový klopný přepínač. Změnou polohy biskvitového přepínače si tedy můžeme vybrat ze 4 přednastavených možností ochranných proudů. Můžete například nastavit následující hodnoty: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Pokud je překročen proud nastavený posuvným přepínačem, ochrana bude fungovat, napětí přestane téct na výstup a Světelná dioda. Pro reset ochrany stačí krátce stisknout tlačítko, opět se objeví výstupní napětí.Pátý trimovací rezistor je nutný pro nastavení zesílení (citlivosti), musí být nastaven tak, aby při proudu bočníkem 1A bylo napětí na výstupu operačního zesilovače přibližně 1-2 volty. Odpor nastavení hystereze pro ochranu je zodpovědný za „čistotu“ přichycení obvodu; je třeba jej upravit, pokud výstupní napětí zcela nezmizí. Tento obvod je dobrý, protože má vysokou rychlost odezvy, okamžitě zapne ochranu při překročení proudu.
Zobrazovací jednotka proudu a napětí
Většina laboratorních napájecích zdrojů je vybavena digitálními voltmetry a ampérmetry, které zobrazují hodnoty jako čísla na displeji. Tato možnost je kompaktní a poskytuje dobrou přesnost čtení, ale je zcela nepohodlná ke čtení. Proto bylo rozhodnuto použít k indikaci hlavice šipek, jejichž čtení je snadné a příjemné na vnímání. V případě voltmetru je vše jednoduché - k výstupním svorkám zdroje se připojuje přes trimovací rezistor s odporem přibližně 1-2 MOhm. Pro správnou funkci ampérmetru je nutný bočníkový zesilovač, jehož zapojení je znázorněno níže.
Pro nastavení zesílení je potřeba trimovací rezistor, ve většině případů jej stačí nechat ve střední poloze (cca 20-25 kOhm). Hlavice ukazatele se připojuje přes sušenkový přepínač, kterým lze zvolit jeden ze tří trimovacích odporů, pomocí kterých se nastavuje maximální odchylkový proud ampérmetru. Ampérmetr tedy může pracovat ve třech rozsazích - do 50 mA, do 500 mA, do 5A, to zajišťuje maximální přesnost odečtů při jakémkoli zatěžovacím proudu.
Sestava napájecí desky
Tištěný spoj:Nyní, když byly vzaty v úvahu všechny teoretické aspekty, můžeme začít s montáží elektronické části konstrukce. Všechny prvky napájecího zdroje - regulátor napětí, snímač teploty radiátoru, ochranná jednotka, bočníkový zesilovač pro ampérmetr - jsou sestaveny na jedné desce, jejíž rozměry jsou 100x70 mm. Deska je vyrobena metodou LUT, níže je několik fotografií výrobního procesu.
Pro snížení odporu je vhodné silové cesty, po kterých protéká zátěžový proud, pocínovat silnou vrstvou pájky. Nejprve jsou na desce instalovány malé díly.
Poté všechny ostatní komponenty. Čip 78L12, který napájí teplotní čidlo a chladič, je nutné nainstalovat na malý radiátor, jehož místo je na desce plošných spojů. Nakonec jsou na desku připájeny vodiče, na kterých je ventilátor, termistor, ochranné resetovací tlačítko, sušenkové spínače, LED diody, čip LM338, napěťový vstup a výstup. Napěťový vstup je nejpohodlnější připojit přes DC konektor, ale je třeba počítat s tím, že musí poskytovat velký proud. Všechny silové vodiče musí být použity s průřezem odpovídajícím proudu, nejlépe měděným. Plusový výstup z desky plošných spojů jde na výstupní svorky nikoliv přímo, ale přes páčkový spínač se dvěma skupinami kontaktů. Druhá skupina se zapíná a vypíná Světelná diodaoznačující, zda je na svorky přiváděno napětí.
Montáž krytu
Pouzdro lze buď nalézt hotové, nebo si jej sami sestavit. Můžete ho vyrobit třeba z překližky a sololitu, jako jsem to udělal já. Nejprve se vyřízne obdélníkový přední panel, na který budou nainstalovány všechny ovládací prvky.
Poté jsou vyrobeny stěny a dno krabice a konstrukce je upevněna samořeznými šrouby. Když je rám připraven, můžete dovnitř nainstalovat veškerou elektroniku.
Ovládací prvky, ukazovací hlavy, LED diody jsou instalovány na svých místech v předním panelu, deska je umístěna uvnitř skříně, chladič a ventilátor jsou namontovány na zadním panelu. Pro montáž LED se používají speciální držáky. Je vhodné duplikovat výstupní svorky, zvláště když to prostor dovolí. Rozměry pouzdra vyšly na 290x200x120 mm, uvnitř pouzdra je ještě spousta volného místa a vejde se tam například trafo pro napájení celého zařízení.
Nastavení
Přes mnoho trimrových rezistorů je nastavení napájecího zdroje celkem jednoduché. Nejprve voltmetr zkalibrujeme připojením externího na výstupní svorky. Otáčením trimovacího rezistoru zapojeného do série s ručičkovou hlavicí voltmetru dosáhneme rovnosti odečtů. Poté připojíme na výstup nějakou zátěž s ampérmetrem a zkalibrujeme bočníkový zesilovač. Otáčením každého ze tří spodních rezistorů dosáhneme shody v odečtech na každém ze tří měřicích rozsahů ampérmetru - v mém případě je to 50 mA, 500 mA a 5A. Dále nastavíme potřebné ochranné proudy pomocí čtyř trimovacích odporů. To není obtížné, vzhledem k tomu, že standardní ampérmetr je již zkalibrován a ukazuje přesný proud. Postupně zvyšujeme napětí (současně se zvyšuje i proud) a vidíme, při jakém proudu se ochrana spouští. Poté natočíme každý z rezistorů a nastavíme čtyři požadované ochranné proudy, mezi kterými lze přepínat pomocí klopného přepínače. Nyní zbývá pouze nastavit požadovaný práh odezvy čidla teploty radiátoru – nastavení je dokončeno.
