Hogyan készítsünk padi tápegységet

Bevezetés: Hogyan készítsünk padfeszültséget

A pad tápegysége rendkívül praktikus készlet az elektronikai hobbisták számára, de a piacról vásárolva drágák lehetnek. Ebben az Instructable-ban megmutatom, hogyan lehet változó laboratóriumi tápegységet készíteni korlátozott költségvetéssel. Ez egy nagyszerű barkácsprojekt kezdőknek és az elektronika iránt érdeklődőknek.

Az összes projektemet megtalálhatja: https://www.opengreenenergy.com/

A projekt fő célja megismerni a lineáris tápegység működését. Az elején, hogy elmagyarázzam a lineáris tápegység működését, példát vettem az LM 317 alapú tápegységre. A végső tápegység elkészítéséhez, Vettem egy tápegység készletet a Banggoodtól és összeszereltem.

Ez egy kiváló minőségű stabilizált feszültségellátás, amellyel a feszültség folyamatosan szabályozható, és a feszültség szabályozásának tartománya 0-30V. Még egy áramkorlátozó áramkört is tartalmaz, amely hatékonyan szabályozhatja a kimeneti áramot 2mA és 3A között, az áram folyamatos szabályozásának lehetőségével, és ez az egyedülálló tulajdonság ezt az eszközt nélkülözhetetlenül hatékony eszközzé teszi az áramköri laboratóriumban.

Funkció:

Bemeneti feszültség: 24 V AC

Bemeneti áram: maximum 3A

Kimeneti feszültség: 0-30 V, folyamatosan állítható

Kimeneti áram: 2mA - 3A folyamatosan állítható

Kimeneti feszültség hullámzása: minimum 0,01%

1. lépés: Szükséges eszközök és alkatrészek

Alkatrész lista:

1. Lépjen le a transzformátorról - 24V, 3A (Jaycar)

2. Barkácsáramú tápegység készlet (Banggood/Amazon)

3. Hűtőborda és ventilátor (Banggood)

4. Volt-Amp panelmérő (Amazon)

5. Potenciométer gomb (Banggood)

6. Buck Converter (Amazon)

8. Kötő banándugó (Amazon)

9. IEC3 hálózati aljzat (Banggood)

13. Hőre zsugorodó cső (Banggood)

14. Öntapadó gumilábak (Amazon)

15. 3D nyomtatószál-PLA (GearBest)

Szerszámok/Használt gép

1. 3D nyomtató - Creality CR-10 (Creality CR10S) vagy Creality CR-10 Mini

2. lépés: Alap blokkdiagram

Mielőtt belevágna a gyártási folyamatba, ismernie kell a lineáris tápegység alapvető elemeit.

A lineáris tápegység fő elemei:

Transzformátor: A transzformátor a váltóáramú hálózati feszültséget a kívánt értékre változtatja. A feszültség csökkentésére szolgál. Ez a tápellátás leválasztására is szolgál a hálózati bemenettől a biztonság érdekében.

Egyenirányító: A transzformátor teljesítménye váltóáramban van, ezt egyenárammá kell alakítani. A hídirányító egyenáramot alakít át egyenárammá.

Bemeneti simító kondenzátor/szűrő: Az egyenirányítóból származó egyenirányított feszültség egy nagyon magas hullámtartalmú, lüktető egyenfeszültség. De nem ezt akarjuk, hanem tiszta, hullámzásmentes egyenáramú hullámformát akarunk. A szűrő áramkört a váltakozó feszültség váltakozásának (hullámzásának) kisimítására használják. Ehhez nagy tartály kondenzátorokat használnak.

Lineáris szabályozó: A kimeneti feszültség vagy az áram ingadozni fog, ha változik a váltóáramú hálózat bemenete vagy a tápegység kimenetén bekövetkező terhelési áram változása miatt. Ez a probléma kiküszöbölhető egy feszültségszabályozó használatával. változások a bemeneten vagy bármilyen más változás bekövetkezik.

Betöltés: Alkalmazás betöltése

3. lépés: Transzformátor

Adjon meg egy nagyfeszültségű váltakozó áramot egy transzformátorba, amely általában a nagyfeszültségű váltakozó áramot a hálózatról az alacsony feszültségű váltakozó áramra váltja le. Az áramellátás tervezéséhez a transzformátor másodlagos feszültségét úgy választjuk meg, hogy figyelembe vesszük a tápegység kimeneti feszültségét, a veszteségeket a diódahídban és a lineáris szabályozóban. A 24 V-os transzformátor tipikus hullámalakja a fent látható. Általában körülbelül 2 V - 3 V-os esést engedünk meg a hídirányító konfigurációjához. Tehát a transzformátor szekunder feszültsége az alábbiak szerint számítható

Példa:

Tegyük fel, hogy 30 V és 3 A kimeneti feszültségű tápegységet akarunk készíteni.

A hídirányító előtt a feszültségnek = 30 + 3 = 33V (csúcs)

Tehát az effektív effektív feszültség = 33/négyzetgyök (2) = 23,33 V

A piacon elérhető legközelebbi feszültségváltó 24V. Tehát a transzformátor névleges értéke 230V/24V, 3A .

Jegyzet: A fenti számítás durva becslés a transzformátor vásárlásához. A pontos számításhoz figyelembe kell venni a diódák közötti feszültségesést, a szabályozó feszültségesését, a hullámfeszültséget és az egyenirányító hatékonyságát is.

4. lépés: Hídegyenirányító

Az egyenirányító híd váltakozó feszültséget vagy áramot alakít át megfelelő egyenáram (DC) mennyiségre. Az egyenirányító bemenete váltóáramú, míg kimenete egyirányú pulzáló egyenáram.

A feszültségesés egy általános célú diódán körülbelül 0,7 V, a schottky dióda pedig 0,4 V. Bármelyik pillanatban az egyenirányító híd diódái közül kettő működik. De mivel a dióda erősen vezet, ezért ténylegesen magasabb lehet. A jó biztonságos érték kétszerese a szabványnak, vagy 0,7 x 2 = 1,4 V.

Az egyenáramú kimenet a hídirányító után megközelítőleg megegyezik a szekunder feszültséggel, szorozva 1,414-el, levonva a két vezető dióda feszültségesését.

Vdc = 24 x 1,414 - 2,8 = 31,13 V

5. lépés: Kondenzátor/szűrő simítása

Az egyenirányítóból származó egyenirányított feszültség egy nagyon magas hullámtartalmú, lüktető egyenfeszültség. A kimenetben található nagy hullámok szinte lehetetlenné teszik bármely áramellátási alkalmazásban való felhasználást. Ezért szűrőt használnak. A leggyakoribb szűrő egy nagy kondenzátor használata.

A kapott kimeneti hullámforma a simító kondenzátor után látható fent.

6. lépés: Szabályozó

A kimeneti feszültség vagy áram akkor változik vagy ingadozik, ha változik a váltóáramú hálózat bemenete, vagy a szabályozott tápegység kimenetén bekövetkező terhelési áram változása vagy más tényezők, például hőmérsékletváltozások következtében. Ezt a problémát kiküszöbölhetjük egy szabályozó IC-vel vagy egy megfelelő, néhány komponensből álló áramkörrel. A szabályozó akkor is fenntartja a kimeneti állandót, ha a bemeneten változások vagy bármilyen más változás következik be.

Az olyan IC-k, mint a 78XX és a 79XX, a kimeneten rögzített feszültségértékek megszerzésére szolgálnak. Ha IC-ként, mint az LM 317, a kimeneti feszültséget a kívánt állandó értékre állíthatjuk. Az LM317T egy állítható 3-terminálos pozitív feszültségszabályozó, amely képes a fix feszültségű tápellátástól eltérő DC feszültség kimeneteket szolgáltat. A fenti példa áramkör egy LM3 17 feszültségszabályozó IC-t használ. A teljes hullámú hidas egyenirányító kimenetét egy LM317 szabályozó IC-be táplálják. Az ebben az áramkörben használt potenciométer értékének megváltoztatásával a kimeneti feszültség könnyen szabályozható.

Mostanáig elmagyaráztam, hogyan működik egy lineáris tápegység. A folytatás során egy DIY készlet összeállításával ismertetem a pad tápegységének felépítését.

7. lépés: Hogyan működik a tápegység-készlet

A készlet működését meg lehet érteni a fent bemutatott vázlatos ábra követésével.

Először is létezik egy 24 V/3 A névleges tekercsű másodlagos tekercselésű hálózati transzformátor, amely az áramkör bemeneti pontjain keresztül csatlakozik az 1 és 2 érintkezőkhöz. (A tápegységek kimenetének minősége közvetlenül a transzformátor minőségével arányos). A szekunder tekercses transzformátorok váltakozó feszültségét a négy D1-D4 dióda által alkotott híd kiegyenlíti. A híd kimenetén átvett egyenfeszültséget a C1 tartály kondenzátor és az R1 ellenállás alkotta szűrő kiegyenlíti. Az áramkör tartalmaz néhány egyedi tulajdonságot, amelyek egészen különböznek az osztály többi tápegységétől. Ahelyett, hogy változó visszacsatolási elrendezést alkalmazzunk a kimeneti feszültség szabályozására, áramkörünk állandó erősítésű erősítőt használ a stabil működéséhez szükséges referenciafeszültség biztosítására. A referenciafeszültség az U1 kimenetén keletkezik.

Az áramkör a következőképpen működik: A D8 dióda egy 5,6 V-os zener, amely itt a nulla hőmérsékleti együttható áramerősségén működik. Az U1 kimenetén a feszültség fokozatosan növekszik, amíg a D8 dióda be nem kapcsol. Amikor ez megtörténik, az áramkör stabilizálódik, és a Zener referenciafeszültség (5,6 V) megjelenik az R5 ellenálláson. Az op-amp nem invertáló bemenetén keresztül áramló áram elhanyagolható, ezért ugyanaz az áram folyik át R5-en és R6-on, és mivel a két ellenállás azonos értékkel rendelkezik, a kettőjük egymás utáni feszültsége pontosan kétszerese lesz feszültség mindegyiken. Így az op-amp kimenetén (az U1 6. érintkezője) jelenlévő feszültség 11,2 V, ami a zenerek referenciafeszültségének kétszerese. Az U2 integrált áramkör állandó erősítési tényezője körülbelül 3 X, az A = (R11 + R12)/R11 képlet szerint, és a 11,2 V referenciafeszültséget körülbelül 33 V-ra emeli. Az RV1 trimmet és az R10 ellenállást a kimeneti feszültséghatárok beállítása úgy, hogy 0 V-ra csökkenjen, az áramkör többi alkatrészének bármilyen értéktűrése ellenére.

Az áramkör másik nagyon fontos jellemzője az a lehetőség, hogy előre beállítsuk a maximális kimeneti áramot, amelyet a p.s.u-ból lehívhatunk, és ezt egy állandó feszültségforrásból állandó áramúvá alakíthatjuk át. Ennek lehetővé tétele érdekében az áramkör érzékeli a terheléssel sorba kapcsolt ellenállás (R7) feszültségesését. Az áramkör ezen funkciójáért felelős IC U3. Az U3 invertáló bemenete 0 V-on torzul R21-en keresztül. Ugyanakkor ugyanazon IC nem invertáló bemenete bármilyen feszültségre beállítható a P2 segítségével.

Tegyük fel, hogy egy adott, több voltos kimenet esetén a P2 úgy van beállítva, hogy az IC bemenetét 1 V-nál tartsa. Ha a terhelést növelik, a kimeneti feszültséget az áramkör feszültségerősítő szakasza és a az R7 soros jelenléte a kimenettel negatív hatással lesz alacsony értéke és a feszültségszabályozó áramkör visszacsatolási hurokján kívüli helyzete miatt. Amíg a terhelést állandó értéken tartják, és a kimeneti feszültség nem változik, az áramkör stabil. Ha a terhelést úgy növeljük, hogy az R7 feszültségesése nagyobb, mint 1 V, az IC3 működésre kényszerül, és az áramkört állandó áram üzemmódba kapcsoljuk. Az U3 kimenetét D9 kapcsolja az U2 nem invertáló bemenetéhez. Az U2 felelős a feszültségszabályozásért, és mivel az U3 a bemenetéhez van kapcsolva, ez utóbbi hatékonyan felülírhatja funkcióját. Az történik, hogy az R7 feszültségét figyelik, és az áramkör kimeneti feszültségének csökkentésével nem szabad az előre beállított érték fölé emelkedni (példánkban 1 V).

Ez tulajdonképpen a kimeneti áram állandó értékének megőrzésére szolgál, és olyan pontos, hogy lehetséges az áramhatár 2 mA-re állítása. A C8 kondenzátor azért van, hogy növelje az áramkör stabilitását. A Q3-at a LED működtetésére használják, amikor az áramkorlátozó be van kapcsolva, hogy vizuálisan jelezzék a korlátozók működését. Annak érdekében, hogy az U2 képes legyen a kimeneti feszültség 0 V-ig történő szabályozására, negatív tápvezetéket kell biztosítani, és ez a C2 és C3 körüli áramkör segítségével történik. Ugyanezt a negatív ellátást használják az U3 esetében is. Mivel az U1 rögzített körülmények között dolgozik, a szabályozatlan pozitív tápvezetékről és a földről lehet futtatni.

A negatív tápvezetéket egy egyszerű feszültségű szivattyú áramkör állítja elő, amelyet az R3 és a D7 stabilizál. A nem ellenőrzött helyzetek elkerülése érdekében a Q1 körül egy védelmi áramkör van felépítve. Amint a negatív tápvezeték összeomlik, a Q1 eltávolítja az összes hajtást a kimeneti fokozatig. Ez tulajdonképpen nullára hozza a kimeneti feszültséget, amint az AC változik, és védi az áramkört és a kimenetéhez csatlakoztatott készülékeket. Normál üzem közben a Q1 nincs R14 segítségével kikapcsolva, de amikor a negatív tápvezeték összeomlik, a tranzisztor bekapcsol és az U2 kimenete alacsony lesz. Az IC belső védelemmel rendelkezik, és a kimenetének effektív rövidzárlata miatt nem sérülhet meg. A kísérleti munkában nagy előny, hogy meg lehet ölni a tápegység kimenetét anélkül, hogy megvárnánk a kondenzátorok lemerülését, és van egy további védelem is, mert sok stabilizált tápegység kimenete a kikapcsoláskor azonnal növekszik katasztrofális eredménnyel.

Hitel:Ezt a szakaszt nem én írtam, inkább az electronics-lab.com oldalról származik. A teljes elismerés az eredeti szerzőé.

8. lépés: Azonosítsa a tápegység készlet összetevőit

Mielőtt kijelölné a készlet összeállítását, figyelmesen olvassa el a használati utasítást.

A készlet minden alkatrészét egyetlen csomagban összekeverve tartalmazza. Ezért ajánlott elkezdeni a munkát az alkatrészek azonosításával és csoportokba sorolásával, például: tranzisztorok, Opamps, Regulator, Potenciométerek és csatlakozók. Ez nagyon sok idő a készlet építése során.

9. lépés: Az ellenállások azonosítása

A tápegység készletben a legtöbb alkatrész különböző értékű ellenállásokat tartalmaz. A készletben az ellenállások egy csomóba vannak csomagolva, és értékeik nincsenek felcímkézve. Tehát manuálisan meg kell mérnünk az ellenállás értékét egy digitális többmérővel. Megmértem az értékeket, és az ellenállás lábának kis papírcsíkjára írtam.

10. lépés: Az alkatrészek forrasztása

A hüvelykujj-szabály az alkatrészek forrasztására a NYÁK-on: "Forrasztja össze az alkatrészeket a magasságuk szerint". Mindig kisebb magasságú alkatrészekkel kezdje. Először az összes ellenállást forrasztom meg, majd diódákat, majd kerámia kondenzátorokat, majd tranzisztorokat, majd Opampokat és így tovább. A híddiódák lábainak hajlításához használjon fogót, hogy elkerülje a törést. A készletben nincs DIP alap Opamps, ezért az alapot a saját készletemből használtam.

Jegyzet: Ne forrassza be a 3 mm-es LED-et, mivel az előlapra szerelhető LED vezetékeit fogjuk csatlakoztatni.

11. lépés: A teljesítménytranzisztorok forrasztása

A nagy teljesítményű tranzisztor (2SD1047) és a közepes teljesítményű tranzisztor (2SD882) fémrésze a hűtőbordához van rögzítve, így több watt hőelvezetést lehetővé tevő eszközök számára alkalmas. A 2SD882 tranzisztor hűtőbordája a készlet tartalmazza. külön hűtőbordát kell vásárolnia a másik tranzisztorhoz (2SD1047). De jó dolog, hogy a nyomtatópanel körvonalához illeszkedő tökéletes méretű hűtőborda és egy hűtőventilátor ugyanazon gyártótól kapható. Meg lehet vásárolni a Banggood-tól.

Termikus vegyületet használnak a készülékház és a hűtőborda közötti hőátadás javítására.

12. lépés: Készítse elő a potenciométert

A potenciométert közvetlenül a NYÁK-ra lehet helyezni, és az aljzatán és vezetékein keresztül a táblára is sorakoztatható. Az A-val jelölt potenciométer az áramkorlát-potenciométer, V pedig a feszültség-potenciométer. A feszültség-potenciométert saját akaratából 10K-os, többfordulatú huzallal tekercselt potenciométerrel helyettesíthetjük, amellyel pontosabb módon állíthat be.

Mivel a potenciométert be akarjuk szerelni a házunkba, meg kell forrasztanunk a NYÁK-kártyát a készlet JST csatlakozóin keresztül.

Először helyezze be a hőre zsugorodó csöveket a JST csatlakozó 3 vezetékébe, majd forrassza a vezetékeket a potenciométer lábaihoz. Ezután fedje le a forrasztási kötést hőre zsugorodó csővel, és melegedjen körbe az utolsó simítás érdekében. A jobb megértés érdekében láthatja a fenti képet.

13. lépés: A bemeneti tápcsatlakozó bekötési rajza

Az IEC 3 pólusú 320 C14 aljzatot használtam az áramellátáshoz. Beépített hálózati csatlakozóval, biztosítékkal és kapcsolóval rendelkezik. A kapcsolási rajz a fenti képen látható. A diagram piros és kék huzala az elsődleges oldalhoz van csatlakoztatva. hagytam a földelő csatlakozást (zöld vezeték), ha van fém háza, akkor csatlakoztathatja.

14. lépés: Volt-erősítő kettős kijelzőmérő vezetékezése

A Volt-Amp mérőm kijelzőjén vastag fekete, piros és kék vezetékek voltak. A vékonyak pirosak és feketeek a chip áramellátásához. A kapcsolási rajz a következő:

● Fekete vonal (vékony): üres vagy negatív modul

● Piros vonal (vékony): az áramellátás pozitív

● Fekete vonal (vastag): Közös mérés (GND)

● Piros vonal (vastag): A bemeneti feszültség bemenetének mérése pozitív

● Kék vonal (vastag): aktuális bemenet+

További részletekért olvassa el a kapcsolási rajzokat

15. lépés: Készítse el az USB áramkört

Egy másik opcionális csatlakozó, amelyet hozzáadhat, egy USB-aljzat. Ez lehetővé teszi minden olyan eszköz futtatását, amelyet USB-port működtet. Az USB kimeneti feszültség 5 V, amelyet fokozatosan le lehet állítani a 24 V DC-ről. Először állítsa be a trimpot a buck konverterben, hogy a kimeneti feszültséget 5 V-ra állítsa. Ezután forrasztotta a a buck konverter bemeneti terminálja a 24 V lineáris szabályozó kimenetéhez vagy a ventilátor csatlakozásához biztosított terminálhoz. A buck konverter modul kimenete az USB portra csatlakozik.

16. lépés: Teljes bekötési ábra

A kábelezés elég egyenesen halad. Hozzáadtam egy extra Volt-Amp mérőt és egy USB áramkört az áramkörhöz.

1. Bemeneti csatlakozóaljzat: Csatlakoztassa a vezetékeket az előző lépésben leírtak szerint.

2. A bemeneti aljzat kimeneti vezetékei a transzformátor primer (220 V) oldalára vannak csatlakoztatva.

3. A másodlagos (24 V) oldal csatlakozik a tápegység készlet bemeneti termináljához.

4. Volt-ampermérő: A kimeneti csavaros kapocs vezetékei a korábban ismertetett módon csatlakoznak a Volt-Amp mérőhöz .

5. A posztterminál a tápegység NYÁK kimenetéhez egy billenőkapcsolón keresztül csatlakozik, a fenti kapcsolási rajz szerint.

6. USB-kapcsolat: A diódahíd leállítása után az egyenáramú áramellátás az USB-tápellátás érdekében egy átalakító modulon keresztül.

17. lépés: A ház készítése

A burkolatot a Thingiverse "The Ultimate box maker" tervezése alapján terveztem. A Customizer-t használtam a ház pontos méretének megadásához az igényeim szerint. Először megmérem a NYÁK és a transzformátor méretét, majd véglegesítem a ház méretét (200 x 140 x 80).

Az elülső és a hátsó panelt külön terveztem az Autodesk Fusion 360-ban. A tervezés után az összes alkatrészt (felső burkolat, alsó burkolat, előlap és hátlap) külön nyomtattam.

Az összes alkatrész kinyomtatásához a Creality CR-10 3D nyomtatómat használtam. 0,3 mm rétegmagassággal és 50 mm/s sebességgel nyomtattam. A nyomtatási minőség nagyon kiváló.

A házhoz tartozó .stl fájlok alább vannak csatolva.