Výkonný zdroj na ochranu prúdu

Každá osoba, ktorá zhromažďuje elektronické obvody, potrebuje univerzálny zdroj energie, ktorý umožňuje veľké zmeny výstupného napätia, riadenia prúdu av prípade potreby odpojenie napájaného zariadenia. V obchodoch sú také laboratórne zdroje energie veľmi drahé, ale jeden si môžete zostaviť z bežných rádiových komponentov. Prezentovaný napájací zdroj obsahuje:

• Regulácia napätia až do 24 voltov;
• Maximálny prúd dodávaný záťaži je až 5 ampérov;
• Aktuálna ochrana s výberom niekoľkých pevných hodnôt;
• Aktívne chladenie pri prevádzke pri vysokých prúdoch;
• Číselníkové indikátory prúdu a napätia;

Obvod regulátora napätia

Najjednoduchšou a najdostupnejšou verziou regulátora napätia je obvod na špeciálnom čipe nazývaný regulátor napätia. Najvhodnejšou možnosťou je LM338, ktorý poskytuje maximálny prúd 5 A a minimálne zvlnenie na výstupe. Vhodné sú tu aj LM350 a LM317, ale maximálny prúd v tomto prípade bude 3 A a 1,5 A. Variabilný odpor slúži na nastavenie napätia, jeho hodnotenie závisí od toho, aké maximálne napätie potrebujete na výstupe. Ak maximálny výkon vyžaduje 24 voltov, potrebujete variabilný odpor s odporom 4,3 kOhm. V tomto prípade je potrebné vziať štandardný potenciometer pri 4,7 kOhm a paralelne s ňou spojiť konštantu pri 47 kOhm, celkový odpor bude približne 4,3 kOhm. Na napájanie celého obvodu potrebujete jednosmerný zdroj s napätím 24 - 35 voltov, v mojom prípade je to normálny transformátor so zabudovaným usmerňovačom. Môžete tiež použiť nabíjačky pre laptopy alebo iné rôzne zdroje prepínania vhodné pre prúd.
Tento regulátor napätia je lineárny, čo znamená, že celý rozdiel medzi vstupným a výstupným napätím pripadá na jeden čip a rozptyľuje sa naň vo forme tepla. Pri vysokých prúdoch je to veľmi dôležité, takže mikroobvod musí byť inštalovaný na veľkom radiátore, preto je pre tento účel vhodný chladič z počítačového procesora pracujúci v tandeme s ventilátorom. Aby sa ventilátor neotáčal stále zbytočne, ale aby sa zapínal iba pri vyhrievaní chladiča, je potrebné zostaviť malý snímač teploty.

Ovládací obvod ventilátora

Je založený na termistore NTC, ktorého odpor sa mení s teplotou - pri zvyšujúcej sa teplote sa odpor výrazne znižuje a naopak. Operačný zosilňovač funguje ako komparátor a zaznamenáva zmenu odporu termistora. Po dosiahnutí prahu sa na výstupe operačného zosilňovača objaví napätie, tranzistor sa odomkne a spustí ventilátor, ktorým sa rozsvieti LED dióda. Orezávací rezistor sa používa na úpravu prahu, jeho hodnota by sa mala zvoliť na základe odporu termistora pri izbovej teplote. Predpokladajme, že termistor má odpor 100 kOhm, v tomto prípade by ladiaci odpor mal mať nominálnu hodnotu asi 150-200 kOhm. Hlavnou výhodou tejto schémy je prítomnosť hysterézy, t.j. rozdiely medzi prahovými hodnotami pre zapnutie a vypnutie ventilátora. V dôsledku hysterézy sa ventilátor pri teplote blízkej prahovej hodnote často nezapína a nevypína. Termistor je zobrazený na zapojení priamo do radiátora a inštalovaný na akomkoľvek vhodnom mieste.
Prúdový ochranný obvod
Možno najdôležitejšou súčasťou celého zdroja napájania je súčasná ochrana. Funguje to nasledovne: pokles napätia na bočníku (odpor s odporom 0,1 Ohm) sa zosilní na úroveň 7-9 voltov a porovnáva sa s referenciou pomocou porovnávača. Referenčné napätie na porovnanie sa nastavuje štyrmi ladiacimi odpormi v rozsahu od 0 do 12 voltov, vstup operačného zosilňovača je pripojený k rezistorom pomocou 4-polohového kľúčového spínača. Takže zmenou polohy vypínača sušienky si môžeme vybrať zo 4 preddefinovaných možností ochranných prúdov. Napríklad môžete nastaviť nasledujúce hodnoty: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Ak je prekročený prúd nastavený pomocou prepínača, ochrana bude fungovať, napätie už nebude na výstupe a LED sa rozsvieti. Ak chcete resetovať ochranu, krátko stlačte tlačidlo, znova sa zobrazí výstupné napätie. Piaty ladiaci rezistor je nevyhnutný na nastavenie zosilnenia (citlivosti), musí byť nastavený tak, aby keď bol prúd cez skratový 1 Ampér, napätie na výstupe op-amp bolo asi 1 až 2 volty. Rezistor pre nastavenie ochrannej hysterézie je zodpovedný za „ostrosť“ zapojenia obvodu, musí byť nastavený, ak výstupné napätie nezmizne úplne.Tento obvod je dobrý, pretože má vysokú rýchlosť odozvy, okamžite zapína ochranu, keď je prekročený prúd.

Zobrazovacia jednotka prúdu a napätia

Väčšina laboratórnych napájacích zdrojov je vybavená digitálnymi voltmetrami a ampérmetermi, ktoré zobrazujú hodnoty vo forme čísel na tabuli. Táto možnosť je kompaktná a poskytuje dobrú presnosť odčítania, ale pre vnímanie je úplne nevhodná. Preto sa na indikáciu rozhodlo použiť šípky, ktorých hodnoty sú ľahko a príjemne vnímané. V prípade voltmetra je všetko jednoduché - pripája sa na výstupné svorky napájacieho zdroja prostredníctvom trimovacieho odporu s odporom približne 1 - 2 MOhm. Na to, aby ampérmeter pracoval správne, je potrebný skratový zosilňovač, ktorého obvod je uvedený nižšie.
Na nastavenie zisku je potrebný ladiaci rezistor, vo väčšine prípadov stačí ponechať ho v strednej polohe (približne 20 - 25 kOhm). Hlavica prepínača je pripojená pomocou číselníka, pomocou ktorého môžete zvoliť jeden z troch ladiacich odporov, pomocou ktorých sa nastaví prúd maximálnej odchýlky ampéra. Takto môže ampérmeter pracovať v troch rozsahoch - do 50 mA, do 500 mA, do 5A, čo zaisťuje maximálnu presnosť odčítania pri akomkoľvek zaťažovacom prúde.

Zostava dosky napájacieho zdroja

Doska plošných spojov:
Po zohľadnení všetkých teoretických aspektov môžeme začať zostavovať elektronickú časť štruktúry. Všetky prvky napájacieho zdroja - regulátor napätia, snímač teploty chladiča, ochranná jednotka, skratový zosilňovač pre ampérmeter sú zostavené na jednej doske, ktorých rozmery sú 100x70 mm. Doska je vyrobená metódou LUT, nižšie sú niektoré fotografie výrobného procesu.
Pri výkonových cestách, ktorými preteká záťažový prúd, je potrebné cín tlustou vrstvou spájky, aby sa znížil odpor. Najskôr sa na dosku nainštalujú malé časti.
Potom všetky ostatné komponenty. Mikroobvod 78L12 dodávajúci snímač teploty a chladič musí byť nainštalovaný na malom chladiči, ktorého miesto je umiestnené na doske plošných spojov. Nakoniec sa vodiče pripájajú na dosku, na ktorej sú na výstupe ventilátor, termistor, ochranné resetovacie tlačidlo, kľúčové spínače, LED, čip LM338, vstup a výstup napätia. Napäťový vstup sa najvýhodnejšie pripája cez DC konektor, pričom treba mať na pamäti, že musí poskytovať veľký prúd. Všetky napájacie vodiče sa musia používať podľa aktuálneho prierezu, najlepšie z medi. Navyše výstup z dosky plošných spojov nejde priamo na výstupné svorky, ale prostredníctvom prepínača s dvoma skupinami kontaktov. Druhá skupina zapína a vypína LED, čo indikuje, či je na svorky pripojené napätie.

Zostava karosérie

Kryt môže byť buď pripravený alebo zostavený nezávisle. Môžete to urobiť napríklad z preglejky a drevovláknitej dosky, ako som to urobil ja. Najskôr sa vystrihne pravouhlý predný panel, na ktorý sa nainštalujú všetky ovládacie prvky.
Potom sa vyrobia steny a spodok škatule, štruktúra sa upevní pomocou skrutiek s vnútorným závitom. Keď je rám pripravený, môžete do neho nainštalovať všetku elektroniku.
Ovládače, šípky, LED diódy sú umiestnené na ich miestach v prednom paneli, doska je umiestnená vo vnútri skrinky, chladič s ventilátorom je namontovaný na zadnom paneli. Na pripevnenie diód LED sa používajú špeciálne držiaky. Je žiaduce duplikovať výstupné terminály, najmä ak to miesto umožňuje. Rozmery puzdra boli 290 x 200 x 120 mm, vo vnútri puzdra je stále veľa voľného miesta a je možné namontovať napríklad transformátor na napájanie celého zariadenia.

Nastavenie

Napriek mnohým ladiacim odporom je nastavenie napájania celkom jednoduché. Najskôr kalibrujte voltmeter pripojením externého k výstupným svorkám. Otáčaním ladiaceho odporu zapojeného do série so šípkou voltmetra sa dosahujú rovnaké hodnoty. Potom pripojíme akúkoľvek záťaž s ampérom na výstup a kalibrujeme paralelný zosilňovač. Otáčaním každého a troch medzinádorových odporov dosahujeme zhodu nameraných hodnôt v každom z troch meracích rozsahov ampéra - v mojom prípade je to 50 mA, 500 mA a 5A. Ďalej nastavíme potrebné ochranné prúdy pomocou štyroch ladiacich odporov. Nie je ťažké to urobiť, pretože štandardný ampérmeter je už kalibrovaný a ukazuje presný prúd. Postupne zvyšujeme napätie (zvyšuje sa aj prúd) a pozeráme sa na prúd, pri ktorom je aktivovaná ochrana. Potom otočíme každý z rezistorov a nastavíme štyri potrebné ochranné prúdy, medzi ktorými môžete prepínať pomocou prepínača. Teraz zostáva iba nastaviť požadovanú prahovú hodnotu pre snímač teploty chladiča - nastavenie je dokončené.