Výkonný zdroj ochrany proudu

Každá osoba, která shromažďuje elektronické obvody, potřebuje univerzální zdroj energie, který umožňuje širokou variabilitu výstupního napětí, řízení proudu a v případě potřeby odpojuje napájené zařízení. V obchodech jsou takové laboratorní napájecí zdroje velmi drahé, ale můžete je sestavit sami z běžných rádiových komponent. Prezentovaný napájecí zdroj zahrnuje:

• Regulace napětí až 24 voltů;
• Maximální proud daný zátěži je až 5 ampér;
• Aktuální ochrana s výběrem několika pevných hodnot;
• Aktivní chlazení pro provoz při vysokých proudech;
• Číselné indikátory proudu a napětí;

Obvod regulátoru napětí

Nejjednodušší a nejdostupnější verze regulátoru napětí je obvod na speciálním čipu zvaný regulátor napětí. Nejvhodnější varianta je LM338, poskytuje na výstupu maximální proud 5 A a minimální zvlnění. LM350 a LM317 jsou zde také vhodné, ale maximální proud v tomto případě bude 3 A, respektive 1,5 A. Variabilní rezistor slouží k nastavení napětí, jeho hodnocení závisí na tom, jaké maximální napětí musíte na výstupu získat. Pokud maximální výkon vyžaduje 24 voltů, potřebujete variabilní rezistor s odporem 4,3 kOhm. V tomto případě je třeba vzít standardní potenciometr na 4,7 kOhm a paralelně připojit konstantu na 47 kOhm, celkový odpor bude asi 4,3 kOhm. K napájení celého obvodu potřebujete stejnosměrný zdroj s napětím 24-35 voltů, v mém případě je to normální transformátor se zabudovaným usměrňovačem. Můžete také použít nabíječky notebooků nebo jiné různé zdroje přepínání vhodné pro aktuální.
Tento regulátor napětí je lineární, což znamená, že celý rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím padá na jeden čip a rozptýlí se na něj ve formě tepla. Při vysokých proudech je to velmi důležité, takže mikroobvod musí být nainstalován na velkém radiátoru, proto je pro tento účel vhodný chladič z počítačového procesoru, který pracuje společně s ventilátorem. Aby se ventilátor neotáčel zbytečně, ale aby se zapínal pouze při zahřívání radiátoru, je nutné sestavit malý teplotní senzor.

Řídicí obvod ventilátoru

Je založen na termistoru NTC, jehož odpor se mění s teplotou - se zvyšující se teplotou se odpor významně snižuje a naopak. Operační zesilovač funguje jako komparátor a zaznamenává změnu odporu termistoru. Po dosažení prahu se na výstupu operačního zesilovače objeví napětí, tranzistor se odemkne a spustí ventilátor, se kterým se rozsvítí LED. Pro úpravu prahu se používá trimovací rezistor, jeho hodnota by měla být vybrána na základě odporu termistoru při pokojové teplotě. Předpokládejme, že termistor má odpor 100 kOhm, v tomto případě by měl mít ladicí odpor nominální hodnotu asi 150-200 kOhm. Hlavní výhodou tohoto schématu je přítomnost hystereze, tj. rozdíly mezi prahovými hodnotami pro zapnutí a vypnutí ventilátoru. V důsledku hystereze se ventilátor často nezapíná a nevypíná při teplotě blízké prahu. Termistor je zobrazen na zapojení přímo do radiátoru a nainstalován na libovolném vhodném místě.
Proudový ochranný obvod
Snad nejdůležitější součástí celého napájení je současná ochrana. Funguje to následovně: pokles napětí napříč zkratu (odpor s odporem 0,1 Ohm) je zesílen na úroveň 7-9 voltů a porovnává se s referencí pomocí komparátoru. Referenční napětí pro srovnání se nastavuje čtyřmi ladicími odpory v rozsahu od nuly do 12 voltů, vstup operačního zesilovače je připojen k rezistorům pomocí čtyřpolohového klíčového spínače. Tedy, změnou polohy sušenkového spínače si můžeme vybrat ze 4 předdefinovaných možností pro ochranné proudy. Můžete například nastavit následující hodnoty: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Pokud je překročen proud nastavený číselníkovým spínačem, ochrana bude fungovat, napětí již nebude na výstupu a LED se rozsvítí. Chcete-li resetovat ochranu, krátkým stisknutím tlačítka se znovu objeví výstupní napětí. Pátý ladicí rezistor je nezbytný pro nastavení zesílení (citlivosti), musí být nastaven tak, aby při proudu skrz 1 Ampér bylo napětí na výstupu operačního zesilovače asi 1-2 volty. Rezistor pro nastavení ochranné hystereze je zodpovědný za „ostrost“ zapnutého obvodu, musí být upraven, pokud výstupní napětí nezmizí úplně. Tento obvod je dobrý, protože má vysokou rychlost odezvy a okamžitě zapíná ochranu, když je proud překročen.

Zobrazovací jednotka proudu a napětí

Většina laboratorních napájecích zdrojů je vybavena digitálními voltmetry a ampérmetry, které zobrazují hodnoty ve formě čísel na tabuli. Tato možnost je kompaktní a poskytuje dobrou přesnost měření, ale pro vnímání je zcela nevhodná. Proto bylo pro indikaci rozhodnuto použít šipky, jejichž hodnoty jsou snadno a příjemně vnímány. V případě voltmetru je vše jednoduché - připojuje se k výstupním svorkám napájení pomocí trimovacího odporu s odporem asi 1 - 2 MOhm. K tomu, aby ampérmetr fungoval správně, je vyžadován zkratovací zesilovač, jehož obvod je uveden níže.
K nastavení zisku je nutný ladicí rezistor, ve většině případů stačí ponechat jej ve střední poloze (asi 20-25 kOhm). Hlava spínače je připojena pomocí číselníkového spínače, pomocí kterého můžete zvolit jeden ze tří ladících rezistorů, kterým se nastavuje proud maximální odchylky ampéru. Ampetr tak může pracovat ve třech rozsazích - až 50 mA, až 500 mA, až 5A, což zajišťuje maximální přesnost odečtů při jakémkoli zátěžovém proudu.

Sestava desky napájení

Deska plošných spojů:
Nyní, když byly vzaty v úvahu všechny teoretické aspekty, můžeme začít sestavovat elektronickou část struktury. Všechny prvky napájecího zdroje - regulátor napětí, snímač teploty chladiče, ochranná jednotka, zkratový zesilovač pro ampérmetr, jsou sestaveny na jedné desce, jejíž rozměry jsou 100x70 mm. Deska je vyrobena metodou LUT, níže jsou některé fotografie výrobního procesu.
Síťové dráhy, podél kterých protéká zátěžový proud, je žádoucí cín se silnou vrstvou pájky, aby se snížil odpor. Nejprve jsou na desce nainstalovány malé součásti.
Poté jsou všechny ostatní komponenty. Mikroobvod 78L12 dodávající čidlo teploty a chladič musí být nainstalován na malém radiátoru, jehož místo je na desce plošných spojů. Nakonec jsou dráty pájeny na desku, na které jsou vyvedeny ventilátor, termistor, resetovací tlačítko ochrany, klíčové spínače, LED diody, čip LM338, vstup napětí a výstup. Napěťový vstup je nejvýhodněji připojen přes DC konektor, přičemž je třeba mít na paměti, že musí poskytovat velký proud. Musí být použity všechny napájecí vodiče odpovídající aktuálnímu průřezu, nejlépe mědi. Navíc výstup z desky plošných spojů nejde přímo na výstupní svorky, ale přes přepínač se dvěma skupinami kontaktů. Druhá skupina zapíná a vypíná LED, což indikuje, zda je na svorky přivedeno napětí.

Montáž těla

Skříň může být buď připravena, nebo sestavena samostatně. Můžete to udělat například z překližky a dřevovláknitých desek, jako jsem to udělal já. Nejprve je vyříznut pravoúhlý přední panel, na kterém budou nainstalovány všechny ovládací prvky.
Poté se vyrobí stěny a dno krabičky, struktura se upevní pomocí samořezných šroubů. Když je rám připraven, můžete do něj nainstalovat veškerou elektroniku.
Ovládací prvky, šipky, LED jsou umístěny na jejich místech v předním panelu, deska je umístěna uvnitř skříně, radiátor s ventilátorem je namontován na zadním panelu. Pro montáž LED jsou použity speciální držáky. Je žádoucí duplikovat výstupní terminály, zejména pokud to místo umožňuje. Rozměry pouzdra byly 290x200x120 mm, uvnitř pouzdra je stále mnoho volného místa a je zde možné umístit například transformátor pro napájení celého zařízení.

Přizpůsobení

Navzdory mnoha ladicím odporům je nastavení napájení zcela jednoduché. Nejprve proveďte kalibraci voltmetru připojením externího k výstupním svorkám. Otáčením ladicího rezistoru, zapojeného do série se šipkou hlavy voltmetru, dosáhneme stejných hodnot. Poté připojíme jakoukoli zátěž s ampérmetrem na výstup a kalibrujeme zesilovač shunt. Otáčením každého a tří mezinearních rezistorů dosáhneme shodnosti odečtů 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 ladících odporů. Není obtížné to provést, protože standardní ampérmetr je již kalibrován a ukazuje přesný proud. Postupně zvyšujeme napětí (proud také stoupá) a díváme se na proud, při kterém je ochrana aktivována. Pak otočíme každý z rezistorů a nastavíme čtyři potřebné ochranné proudy, mezi kterými můžete přepínat pomocí číselníkového spínače. Nyní zbývá pouze nastavit požadovanou prahovou hodnotu pro čidlo teploty chladiče - nastavení je dokončeno.