Introducere: Cum se face o sursă de alimentare pentru bancă

O sursă de alimentare pe bancă este un kit extrem de la îndemână pentru amatorii de electronice, dar pot fi costisitoare atunci când sunt cumpărate de pe piață. În acest Instructable, vă voi arăta cum să realizați o sursă de alimentare variabilă de laborator cu un buget limitat. Este un proiect minunat de DIY pentru începători, precum și pentru oricine este interesat de electronică.

alimentare

Puteți găsi toate proiectele mele pe: https://www.opengreenenergy.com/

Obiectivul principal al proiectului este de a învăța cum funcționează o unitate de alimentare liniară. La început, pentru a explica principiul de funcționare al unei surse de alimentare liniare, am luat un exemplu de sursă de alimentare bazată pe LM 317. Am cumpărat un kit de alimentare de la Banggood și l-am asamblat.

Aceasta este o sursă de tensiune stabilizată de înaltă calitate cu ajutorul căreia tensiunea poate fi reglată continuu, iar intervalul în care se reglează tensiunea este de 0-30V. Conține chiar și un circuit cu limită de curent care poate controla în mod eficient curentul de ieșire de la 2mA la 3A cu capacitatea de a regla curentul în mod continuu, iar această caracteristică unică face ca acest dispozitiv să fie un instrument extrem de puternic în laboratorul de circuite.

Caracteristică:

Tensiunea de intrare: 24V AC

Curent de intrare: maxim 3A

Tensiune de ieșire: 0 până la 30V reglabilă continuu

Curent de ieșire: 2mA - 3A reglabil continuu

Ripple de tensiune de ieșire: minim 0,01%

Pasul 1: Instrumente și piese necesare

Lista de componente:

1. Transformator Step Down - 24V, 3A (Jaycar)

2. Kit de alimentare cu energie DIY (Banggood/Amazon)

3. Radiator și ventilator (Banggood)

4. Contor de panou Volt-Amp (Amazon)

5. Buton de potențiometru (Banggood)

6. Convertor Buck (Amazon)

8. Fișă de legătură post banană (Amazon)

9. Priză de alimentare IEC3 (Banggood)

13. Tub termocontractabil (Banggood)

14. Picioare din cauciuc autoadeziv (Amazon)

15. Filament de imprimare 3D-PLA (GearBest)

Unelte/Mașini folosite

1. Imprimantă 3D - Creality CR-10 (Creality CR10S) sau Creality CR-10 Mini

Pasul 2: Diagrama bloc de bază

Înainte de a vă îndrepta către procesul de realizare, ar trebui să cunoașteți componentele de bază ale unei surse de alimentare liniare.

Principalele elemente ale alimentării liniare sunt:

Transformator: Transformatorul modifică tensiunea de rețea alternativă la o valoare dorită. Acesta este utilizat pentru a reduce tensiunea. Aceasta servește, de asemenea, pentru a izola sursa de alimentare de la intrarea de rețea pentru siguranță.

Redresor: Puterea de ieșire a transformatorului este în curent alternativ, aceasta trebuie convertită într-un curent continuu. Redresorul de punte convertește curent alternativ în curent continuu.

Condensator/filtru de netezire a intrării: Tensiunea rectificată de la redresor este o tensiune continuă pulsantă cu un conținut de ondulație foarte mare. Dar nu vrem acest lucru, vrem o formă de undă continuă curată fără curent. Circuitul de filtrare este utilizat pentru netezirea variațiilor de curent alternativ (ondularea) de la tensiunea rectificată. Pentru aceasta se folosesc condensatori de rezervor mari.

Regulator liniar: Tensiunea sau curentul de ieșire va fluctua atunci când există o modificare a intrării de la rețeaua de curent alternativ sau din cauza schimbării curentului de sarcină la ieșirea sursei de alimentare. Această problemă poate fi eliminată prin utilizarea unui regulator de tensiune. Acesta va menține ieșirea constantă chiar și atunci când se produc modificări la intrare sau orice alte modificări.

Sarcină: Încărcare aplicație

Pasul 3: Transformator

Intrare AC de înaltă tensiune care intră într-un transformator care, de obicei, coboară tensiunea alternativă de înaltă tensiune de la rețea la AC de joasă tensiune necesară pentru aplicația noastră. în puntea diodei și regulatorul liniar. O formă de undă tipică a transformatorului de 24 V. este prezentată mai sus. În general, permitem căderea de aproximativ 2V - 3V pentru configurația redresorului de punte. Deci, tensiunea secundară a transformatorului poate fi calculată ca mai jos

Exemplu:

Să presupunem că dorim să realizăm o sursă de alimentare cu tensiune de ieșire de 30V și 3A.

Înainte de redresorul de punte, tensiunea trebuie să fie = 30 + 3 = 33V (vârf)

Deci, tensiunea RMS = 33/rădăcină pătrată (2) = 23,33 V

Cel mai apropiat transformator de tensiune disponibil pe piață este de 24V. Deci, transformatorul nostru este de 230V/24V, 3A .

Notă: Calculul de mai sus este o estimare aproximativă pentru a cumpăra un transformator. Pentru un calcul precis, luați în considerare căderea de tensiune pe diode, căderea de tensiune a regulatorului, tensiunea de ondulare și eficiența redresorului.

Pasul 4: Redresor Bridge

Puntea redresorului convertește o tensiune sau un curent alternativ în cantitatea corespunzătoare de curent continuu (DC). Intrarea într-un redresor este de curent alternativ, în timp ce ieșirea sa este de un puls DC unidirecțional.

Căderea de tensiune pe o diodă de uz general este în jur de 0,7V, iar dioda schottky este de 0,4V. În orice moment, două dintre diodele din puntea redresoare sunt în funcțiune, dar, deoarece dioda are un comportament puternic, aceasta poate fi efectiv mai mare. O valoare sigură bună este de două ori mai mare decât cea standard sau 0,7 x 2 = 1,4V.

Ieșirea de curent continuu după redresorul de punte este aproximativ egală cu tensiunea secundară înmulțită cu 1,414 minus căderea de tensiune pe cele două diode conductoare.

Vdc = 24 x 1.414 - 2,8 = 31,13 V

Pasul 5: Netezirea condensatorului/filtrului

Tensiunea rectificată de la redresor este o tensiune continuă pulsantă cu un conținut de ondulație foarte mare. Ridurile mari care există în ieșire face aproape imposibil de utilizat în orice aplicație de alimentare. Prin urmare, este utilizat un filtru. Cel mai comun filtru este prin utilizarea unui condensator mare.

Forma de undă rezultată după condensatorul de netezire este prezentată mai sus.

Pasul 6: Regulator

Tensiunea sau curentul de ieșire se va schimba sau fluctua atunci când există o modificare a intrării de la rețeaua de curent alternativ sau din cauza schimbării curentului de sarcină la ieșirea sursei de alimentare reglate sau din cauza altor factori, cum ar fi schimbările de temperatură. Această problemă poate fi eliminată prin utilizarea unui regulator IC sau printr-un circuit adecvat format din câteva componente. Un regulator va menține ieșirea constantă chiar și atunci când apar modificări la intrare sau orice alte modificări.

IC-urile precum 78XX și 79XX sunt folosite pentru a obține valori fixe ale tensiunilor la ieșire. Unde ca IC-uri precum LM 317 putem regla tensiunea de ieșire la o valoare constantă necesară. LM317T este un regulator de tensiune pozitivă cu 3 terminale reglabil, capabil să care furnizează diferite ieșiri de tensiune continuă, altele decât sursa de alimentare cu tensiune fixă. Circuitul de exemplu de mai sus folosește un regulator de tensiune LM3 17 IC. Ieșirea rectificată de la redresorul cu punte cu undă completă este alimentată către un regulator IC LM317. Prin schimbarea valorii potențiometrului utilizat în acest circuit, tensiunea de ieșire poate fi controlată cu ușurință.

Până acum am explicat cum funcționează o unitate de alimentare liniară. În etapele următoare, voi explica construirea sursei de alimentare de banc prin asamblarea unui kit DIY.

Pasul 7: Cum funcționează kitul de alimentare

Funcționarea kitului poate fi înțeleasă urmând diagrama schematică prezentată mai sus.

Pentru început, există un transformator de rețea treptat cu o înfășurare secundară de 24 V/3 A, care este conectat la punctele de intrare ale circuitului la pinii 1 și 2. (calitatea surselor de ieșire va fi direct proporțional cu calitatea transformatorului). Tensiunea alternativă a transformatoarelor secundare de înfășurare este rectificată de puntea formată din cele patru diode D1-D4. Tensiunea continuă preluată pe ieșirea podului este netezită de filtrul format de condensatorul rezervorului C1 și rezistorul R1. Circuitul încorporează câteva caracteristici unice care îl fac destul de diferit de alte surse de alimentare din clasa sa. În loc să folosim un aranjament de feedback variabil pentru a controla tensiunea de ieșire, circuitul nostru folosește un amplificator de câștig constant pentru a furniza tensiunea de referință necesară funcționării sale stabile. Tensiunea de referință este generată la ieșirea U1.

Circuitul funcționează după cum urmează: Dioda D8 este un zener de 5,6 V, care funcționează aici la curentul său de coeficient de temperatură zero. Tensiunea la ieșirea lui U1 crește treptat până când dioda D8 este pornită. Când se întâmplă acest lucru, circuitul se stabilizează și apare tensiunea de referință Zener (5,6 V) pe rezistorul R5. Curentul care trece prin intrarea fără inversare a amplificatorului opțional este neglijabil, prin urmare același curent curge prin R5 și R6 și, deoarece cele două rezistențe au aceeași valoare, tensiunea dintre cele două în serie va fi exact de două ori tensiune pe fiecare. Astfel, tensiunea prezentă la ieșirea amplificatorului op (pinul 6 al U1) este de 11,2 V, de două ori tensiunea de referință zeners. Circuitul integrat U2 are un factor de amplificare constant de aproximativ 3 X, conform formulei A = (R11 + R12)/R11 și ridică tensiunea de referință de 11,2 V la aproximativ 33 V. Trimmerul RV1 și rezistorul R10 sunt utilizate pentru reglarea tensiunilor de ieșire limitează astfel încât să poată fi redusă la 0 V, în ciuda toleranțelor valorice ale celorlalte componente din circuit.

O altă caracteristică foarte importantă a circuitului este posibilitatea de a preseta curentul maxim de ieșire care poate fi extras din p.s.u., convertindu-l efectiv dintr-o sursă de tensiune constantă într-una curentă constantă. Pentru a face acest lucru posibil, circuitul detectează căderea de tensiune pe un rezistor (R7) care este conectat în serie cu sarcina. IC-ul responsabil pentru această funcție a circuitului este U3. Intrarea inversă a U3 este polarizată la 0 V prin R21. În același timp, intrarea fără inversare a aceluiași IC poate fi ajustată la orice tensiune prin intermediul P2.

Să presupunem că pentru o ieșire dată de mai mulți volți, P2 este setat astfel încât intrarea IC-ului să fie menținută la 1 V. Dacă sarcina este crescută, tensiunea de ieșire va fi menținută constantă de secțiunea amplificatorului de tensiune al circuitului și de prezența R7 în serie cu ieșirea va avea un efect negativ datorită valorii sale scăzute și datorită locației sale în afara buclei de feedback a circuitului de control al tensiunii. În timp ce sarcina este menținută constantă și tensiunea de ieșire nu este modificată, circuitul este stabil. Dacă sarcina este crescută astfel încât căderea de tensiune pe R7 să fie mai mare de 1 V, IC3 este forțat să acționeze și circuitul este trecut în modul de curent constant. Ieșirea lui U3 este cuplată la intrarea fără inversare a lui U2 de către D9. U2 este responsabil pentru controlul tensiunii și, deoarece U3 este cuplat la intrarea sa, acesta din urmă își poate suprascrie funcția. Ce se întâmplă este că tensiunea pe R7 este monitorizată și nu i se permite să crească peste valoarea presetată (1 V în exemplul nostru) prin reducerea tensiunii de ieșire a circuitului.

Acesta este de fapt un mijloc de menținere a curentului de ieșire constant și este atât de precis încât este posibil să se preseteze limita curentului la cel puțin 2 mA. Condensatorul C8 este acolo pentru a crește stabilitatea circuitului. Q3 este utilizat pentru a acționa LED-ul ori de câte ori limitatorul de curent este activat pentru a oferi o indicație vizuală a funcționării limitatoarelor. Pentru a face posibil ca U2 să controleze tensiunea de ieșire până la 0 V, este necesar să se furnizeze o șină de alimentare negativă și acest lucru se realizează prin intermediul circuitului din jurul C2 și C3. Aceeași sursă negativă este utilizată și pentru U3. Deoarece U1 funcționează în condiții fixe, acesta poate fi rulat de pe șina de alimentare pozitivă nereglementată și de la pământ.

Sina de alimentare negativă este produsă de un circuit simplu de pompă de tensiune care este stabilizat prin intermediul R3 și D7. Pentru a evita situațiile necontrolate la oprire există un circuit de protecție construit în jurul Q1. De îndată ce șina de alimentare negativă se prăbușește, Q1 îndepărtează toate acționările în stadiul de ieșire. Acest fapt aduce tensiunea de ieșire la zero de îndată ce curentul alternativ este îndepărtat protejând circuitul și aparatele conectate la ieșirea acestuia. În timpul funcționării normale, Q1 este oprit prin intermediul R14, dar când șina de alimentare negativă se prăbușește, tranzistorul este pornit și aduce ieșirea U2 scăzută. IC-ul are protecție internă și nu poate fi deteriorat din cauza acestui scurtcircuit efectiv al ieșirii sale. Este un mare avantaj în lucrările experimentale să puteți ucide ieșirea unei surse de alimentare fără a fi nevoie să așteptați descărcarea condensatorilor și există, de asemenea, o protecție suplimentară, deoarece ieșirea multor surse de alimentare stabilizate tinde să crească instantaneu la oprire cu rezultate dezastruoase.

Credit:Această secțiune nu a fost scrisă de mine, ci este preluată de pe electronic-lab.com. Măritul total revine autorului original.

Pasul 8: Identificați componentele din setul de alimentare

Înainte de a declara asamblarea kitului, citiți cu atenție manualul de instrucțiuni.

Kit-ul vine cu toate componentele amestecate într-un singur pachet. Prin urmare, se recomandă să începeți să lucrați identificând componentele și separându-le în grupuri precum: tranzistoare, Opamps, regulator, potențiometre și conectori. Acest lucru economisește foarte mult timp în timpul construcției kitului.

Pasul 9: Identificați rezistențele

În setul de alimentare, cel mai mare număr de componente utilizate sunt rezistențe cu valori diferite. În kit, rezistențele sunt ambalate într-o grămadă și valorile lor nu sunt etichetate. Deci, trebuie să măsurăm manual valoarea rezistenței folosind un multimetru digital. Am măsurat valorile și am scris pe o fâșie mică de hârtie în piciorul rezistorului.

Pasul 10: lipirea componentelor

Regula degetului mare pentru lipirea componentelor de pe PCB este „lipirea componentelor în funcție de înălțimea lor”. Începeți întotdeauna cu componente cu înălțime mai mică. În primul rând am lipit tot rezistorul, apoi diodele, apoi condensatoarele ceramice, apoi tranzistoarele, apoi Opamps și așa mai departe. Folosiți un clește la îndoirea picioarelor diodelor podului pentru a evita ruperea. În kit nu există o bază DIP pentru Opamps, așa că am folosit baza din propriul meu stoc.

Notă: Nu lipiți LED-ul de 3 mm, deoarece vom conecta fire de la LED-ul care urmează să fie montat pe panoul frontal.

Pasul 11: lipirea tranzistoarelor de putere

Partea metalică a tranzistorului de mare putere (2SD1047) și a tranzistorului de putere medie (2SD882) este atașată la radiator, făcându-l potrivit pentru dispozitive care disipă mai mulți wați de căldură. Radiatorul pentru tranzistorul 2SD882 este inclus în kit. trebuie să cumpărați un radiator separat pentru celălalt tranzistor (2SD1047). Dar un lucru bun este că radiatorul de dimensiune perfectă care se potrivește cu conturul PCB și împreună cu un ventilator de răcire este disponibil de la același producător. Îl puteți cumpăra de la Banggood.

Compusul termic este utilizat pentru a îmbunătăți transferul de căldură între carcasa dispozitivului și radiator.

Pasul 12: Pregătiți potențiometrul

Potențiometrul ar putea fi plasat direct pe PCB și ar putea fi, de asemenea, căptușit pe placa prin priză și fire. Potențiometrul marcat cu A este potențiometrul cu limită de curent și V este potențiometrul de tensiune. Potențiometrul de tensiune ar putea fi înlocuit cu un potențiometru înfășurat cu sârmă de 10K, după propria voință, cu care puteți regla într-un mod mai precis.

Deoarece vrem să instalăm potențiometrul în incinta noastră, trebuie să lipim placa PCB prin conectorii JST din kit.

Mai întâi introduceți tuburile termocontractibile în cele 3 fire ale conectorului JST și apoi lipiți firele pe picioarele potențiometrului. Apoi acoperiți îmbinarea de lipit prin tubul termocontractabil și aplicați căldură în jur pentru a da atingerea finală. Pentru o mai bună înțelegere puteți vedea imaginea de mai sus.

Pasul 13: Schema de cablare pentru mufa de alimentare de intrare

Am folosit o priză IEC 3 Pin 320 C14 pentru intrarea de alimentare. Are priză de alimentare încorporată, siguranță pentru protecție și un comutator. Diagrama de conectare este prezentată în imaginea de mai sus. Sârmele roșii și albastre din diagramă sunt conectate la partea primară Am părăsit conexiunea la masă (fir verde), dacă aveți o carcasă metalică, o puteți conecta.

Pasul 14: Cablare contor dual display Volt-Amp

Afișajul contorului meu Volt-Amp avea fire groase negre, roșii și albastre. Cele subțiri sunt roșii și negre pentru alimentarea cu energie electrică a cipului în sine. Diagrama de cablare este următoarea:

● Linia neagră (subțire): modul liber sau negativ

● Linia roșie (subțire): sursa de alimentare pozitivă

● Linie neagră (groasă): măsurare comună (GND)

● Linia roșie (groasă): măsurarea pozitivă a tensiunii de intrare a terminalului

● Linie albastră (groasă): intrare curentă+

Vă rugăm să consultați schemele de cablare pentru mai multe detalii

Pasul 15: Realizați circuitul USB

Un alt conector opțional pe care îl puteți adăuga este o priză USB. Acest lucru vă va permite să rulați orice dispozitiv care este alimentat de un port USB. Tensiunea de ieșire USB este de 5V, care poate fi obținută cu un coborâre de 24V DC. borna de intrare a convertorului buck la ieșirea regulatorului liniar de 24V sau terminalul prevăzut pentru conexiunea ventilatorului. Ieșirea modulului de conversie buck este conectată la portul USB.

Pasul 16: Completați schema de cablare

Cablarea este destul de simplă. Am adăugat un contor Volt-Amp suplimentar și un circuit USB în circuit.

1. Priză de alimentare de intrare: Conectați firele așa cum s-a explicat în pasul anterior.

2. Cablurile de ieșire de la priza de alimentare de intrare sunt conectate la partea primară a transformatorului (220V).

3. Partea secundară (24V) este conectată la terminalul de intrare al kitului de alimentare.

4. Volt-Amp Meter: Firele de la terminalul cu șurub de ieșire sunt conectate la Volt-Amp meter, așa cum s-a explicat mai devreme .

5. Terminalul poștal este conectat la ieșirea PCB a sursei de alimentare printr-un comutator basculant așa cum se arată în schema de cabluri de mai sus.

6. Conexiune USB: alimentarea continuă după punte diodă este oprită pentru a furniza alimentarea USB printr-un modul convertor buck.

Pasul 17: Realizarea incintei

Carcasa este proiectată pe baza designului Thingiverse „The Ultimate Box Maker”. Am folosit Customizer pentru a obține dimensiunea exactă a carcasei în conformitate cu cerințele mele. Mai întâi măsoară dimensiunea PCB și a transformatorului și apoi am finalizat dimensiunea carcasei (200 x 140 x 80).

Am proiectat panourile frontale și posterioare separat în Autodesk Fusion 360. După proiectare, am imprimat separat toate componentele (carcasa superioară, carcasa inferioară, panoul frontal și panoul posterior).

Am folosit imprimanta 3D Creality CR-10 pentru a imprima toate piesele. Am imprimat cu înălțimea stratului de 0,3 mm și viteza de 50 mm/s. Calitatea imprimării este cu adevărat excelentă.

Fișierele .stl pentru incintă sunt atașate mai jos.