Come realizzare un alimentatore da banco

Un alimentatore da banco è un kit estremamente pratico da avere per gli appassionati di elettronica, ma può essere costoso se acquistato sul mercato. In questo Instructable, ti mostrerò come realizzare un alimentatore da banco da laboratorio variabile con un budget limitato. È un ottimo progetto fai-da-te per principianti e per chiunque sia interessato all'elettronica.

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Puoi trovare tutti i miei progetti su: //www.opengreenenergy.com/

L'obiettivo principale del progetto è quello di imparare come funziona un alimentatore lineare. All'inizio, per spiegare il principio di funzionamento di un alimentatore lineare, ho preso un esempio di alimentatore basato su LM 317. Per realizzare l'alimentatore finale, Ho acquistato un kit di alimentazione da Banggood e l'ho assemblato.

Questa è un'alimentazione di tensione stabilizzata di alta qualità con la quale la tensione può essere regolata in modo continuo e l'intervallo in cui regolare la tensione è 0-30 V. Contiene anche un circuito di limite di corrente che può controllare efficacemente la corrente di uscita da 2 mA a 3 A con la possibilità di regolare la corrente in modo continuo e questa caratteristica unica rende questo dispositivo uno strumento indispensabile nel laboratorio di circuiti.

caratteristica:

Tensione in ingresso: 24 V CA.

Corrente d'ingresso: 3A massimo

Tensione di uscita: da 0 a 30 V regolabile in continuo

Corrente di uscita: 2mA - 3A regolabile in modo continuo

Ondulazione della tensione di uscita: minimo 0, 01%

Passaggio 1: strumenti e parti necessari

Elenco delle parti :

1. Trasformatore step down - 24V, 3A (Jaycar)

2. Kit di alimentazione fai-da-te (Banggood / Amazon)

3. Dissipatore di calore e ventola (Banggood)

4.metro del pannello Volt-Amp (Amazon)

5. Manopola potenziometro (Banggood)

6. Buck Converter (Amazon)

7. Porta USB (Amazon)

8.Binding Post Banana Plug (Amazon)

9. Presa di corrente IEC3 (Banggood)

10.Rocker Switch (Banggood)

11. LED verde (Amazon)

12. Supporto LED (Banggod)

13. Tubo termorestringente (Banggood)

14. Piedini in gomma autoadesivi (Amazon)

15. Filamento di stampa 3D-PLA (GearBest)

Strumenti / macchina utilizzata

1. Stampante 3D - Creality CR-10 (Creality CR10S) o Creality CR-10 Mini

2.Saldatura del ferro (Amazon)

3. DSO- RIGOL (Amazon)

4. Pistola per colla (Amazon)

Passaggio 2: schema a blocchi di base

Prima di iniziare il processo di creazione, è necessario conoscere i componenti di base di un alimentatore lineare.

Gli elementi principali dell'alimentazione lineare sono:

Trasformatore: il trasformatore modifica la tensione di rete CA sul valore desiderato. Serve per ridurre la tensione e per isolare l'alimentazione dall'alimentazione di rete.

Raddrizzatore: L'uscita di potenza del trasformatore è in CA, questo deve essere convertito in CC. Il raddrizzatore a ponte converte CA in CC.

Condensatore / filtro di livellamento dell'ingresso: la tensione rettificata dal raddrizzatore è una tensione CC pulsante con un contenuto di ondulazione molto elevato. Ma questo non è ciò che vogliamo, vogliamo una forma d'onda CC libera da increspature. Il circuito del filtro viene utilizzato per appianare le variazioni di corrente alternata (ondulazione) dalla tensione rettificata.

Regolatore lineare: la tensione o la corrente di uscita fluttuerà quando si verifica un cambiamento nell'ingresso dalla rete CA o a causa di un cambiamento nella corrente di carico all'uscita dell'alimentatore. Questo problema può essere eliminato utilizzando un regolatore di tensione. costante anche quando si verificano cambiamenti all'ingresso o qualsiasi altro cambiamento.

Carica: Caricamento applicazione



Passaggio 3: trasformatore

Ingresso CA ad alta tensione che entra in un trasformatore che di solito riduce CA ad alta tensione dalla rete alla CA a bassa tensione richiesta per la nostra applicazione. Per la progettazione dell'alimentatore, la tensione secondaria del trasformatore viene selezionata considerando la tensione di uscita dell'alimentatore perdite nel ponte a diodi e nel regolatore lineare. Una forma d'onda tipica del trasformatore a 24 V è mostrata sopra. In generale, consentiamo una caduta di circa 2 V - 3 V per la configurazione del raddrizzatore a ponte, quindi la tensione secondaria del trasformatore può essere calcolata come sotto

Esempio :

Supponiamo di voler realizzare un alimentatore con una tensione di uscita di 30 V e 3 A.

Prima del raddrizzatore a ponte la tensione deve essere = 30 + 3 = 33 V (picco)

Quindi la tensione RMS = 33 / sq root (2) = 23.33 V

Il trasformatore di tensione più vicino disponibile sul mercato è 24V. Quindi la nostra potenza nominale del trasformatore è di 230 V / 24 V, 3 A.

Nota: il calcolo sopra riportato è una stima approssimativa per l'acquisto di un trasformatore.Per un calcolo accurato hai considerato la caduta di tensione tra i diodi, la caduta di tensione del regolatore, la tensione di ondulazione e anche l'efficienza del raddrizzatore.



Passaggio 4: Bridge Rectifier

Il ponte raddrizzatore converte una tensione o corrente alternata nella corrispondente quantità di corrente continua (CC). L'ingresso a un raddrizzatore è ac mentre la sua uscita è DC pulsante unidirezionale.

La caduta di tensione attraverso un diodo per uso generico è di circa 0, 7 V e il diodo schottky è di 0, 4 V. In qualsiasi istante sono in funzione due dei diodi nel ponte raddrizzatore, ma poiché il diodo conduce in modo pesante, può effettivamente essere più alto. Un buon valore di sicurezza è il doppio dello standard o 0, 7 x 2 = 1, 4 V.

L'uscita CC dopo il raddrizzatore a ponte è approssimativamente uguale alla tensione secondaria moltiplicata per 1, 414 meno la caduta di tensione attraverso i due diodi conduttori.

Vcc = 24 x 1.414 - 2.8 = 31.13 V

Passaggio 5: Smoothing condensatore / filtro

La tensione rettificata dal raddrizzatore è una tensione CC pulsante con un contenuto di ondulazione molto elevato. Le grandi increspature presenti nell'output rendono quasi impossibile l'utilizzo in qualsiasi applicazione di alimentazione. Quindi viene utilizzato un filtro. Il filtro più comune è utilizzando un grande condensatore.

La forma d'onda di uscita risultante dopo il condensatore di livellamento è mostrata sopra.

Passaggio 6: regolatore

La tensione o la corrente di uscita cambiano o fluttuano quando si verifica un cambiamento nell'ingresso dalla rete CA o a causa della variazione della corrente di carico all'uscita dell'alimentatore regolato o per altri fattori come le variazioni di temperatura. Questo problema può essere eliminato utilizzando un IC regolatore o un circuito adatto costituito da pochi componenti. Un regolatore manterrà costante l'uscita anche quando si verificano cambiamenti all'ingresso o altri cambiamenti.

I circuiti integrati come 78XX e 79XX vengono utilizzati per ottenere valori fissi di tensioni in uscita. Come IC come LM 317 possiamo regolare la tensione di uscita su un valore costante richiesto.L'LM317T è un regolatore di tensione positiva a 3 terminali regolabile in grado di fornire diversi Uscite in tensione continua diverse dall'alimentazione a tensione fissa Il circuito di esempio sopra utilizza un IC regolatore di tensione LM3 17. L'uscita rettificata dal raddrizzatore a ponte a onda intera viene inviata a un IC regolatore LM317. Modificando il valore del potenziometro utilizzato in questo circuito, è possibile controllare facilmente la tensione di uscita.

Fino ad ora ho spiegato come funziona un alimentatore lineare. Nelle fasi successive, spiegherò la costruzione dell'alimentatore da banco assemblando un kit fai-da-te.

Passaggio 7: Funzionamento del kit di alimentazione

Il funzionamento del kit può essere compreso seguendo il diagramma schematico mostrato sopra.

Per cominciare, c'è un trasformatore di rete step-down con un avvolgimento secondario valutato a 24 V / 3 A, che è collegato attraverso i punti di ingresso del circuito ai pin 1 e 2. (la qualità dell'uscita degli alimentatori sarà direttamente proporzionale alla qualità del trasformatore). La tensione CA dell'avvolgimento secondario dei trasformatori viene rettificata dal ponte formato dai quattro diodi D1-D4. La tensione CC presa attraverso l'uscita del ponte è livellata dal filtro formato dal condensatore del serbatoio C1 e dal resistore R1. Il circuito incorpora alcune caratteristiche uniche che lo rendono abbastanza diverso dagli altri alimentatori della sua classe. Invece di utilizzare una disposizione di feedback variabile per controllare la tensione di uscita, il nostro circuito utilizza un amplificatore a guadagno costante per fornire la tensione di riferimento necessaria per il suo funzionamento stabile. La tensione di riferimento viene generata all'uscita di U1.

Il circuito funziona come segue: Il diodo D8 è uno zener da 5, 6 V, che qui funziona alla sua corrente a coefficiente di temperatura zero. La tensione nell'uscita di U1 aumenta gradualmente fino all'accensione del diodo D8. Quando ciò accade, il circuito si stabilizza e la tensione di riferimento di Zener (5, 6 V) appare attraverso il resistore R5. La corrente che fluisce attraverso l'ingresso non invertente dell'op-amp è trascurabile, quindi la stessa corrente scorre attraverso R5 e R6, e poiché i due resistori hanno lo stesso valore, la tensione tra loro due in serie sarà esattamente il doppio del tensione attraverso ciascuno di essi. Pertanto la tensione presente all'uscita dell'amplificatore operazionale (pin 6 di U1) è 11, 2 V, il doppio della tensione di riferimento di zeners. Il circuito integrato U2 ha un fattore di amplificazione costante di circa 3 X, secondo la formula A = (R11 + R12) / R11, e aumenta la tensione di riferimento di 11, 2 V a circa 33 V. Il trimmer RV1 e la resistenza R10 sono utilizzati per la regolazione dei limiti di tensione in uscita in modo che possa essere ridotta a 0 V, nonostante le tolleranze di valore degli altri componenti nel circuito.

Un'altra caratteristica molto importante del circuito è la possibilità di preimpostare la massima corrente di uscita che può essere prelevata dalla psu, convertendola efficacemente da una sorgente di tensione costante a una corrente costante. Per rendere ciò possibile, il circuito rileva la caduta di tensione attraverso un resistore (R7) che è collegato in serie con il carico. L'IC responsabile di questa funzione del circuito è U3. L'ingresso di inversione di U3 è polarizzato a 0 V tramite R21. Allo stesso tempo, l'ingresso non invertente dello stesso CI può essere regolato su qualsiasi tensione mediante P2.

Supponiamo che per una data uscita di diversi volt, P2 sia impostato in modo che l'ingresso dell'IC sia mantenuto a 1 V. Se il carico viene aumentato, la tensione di uscita sarà mantenuta costante dalla sezione dell'amplificatore di tensione del circuito e la presenza di R7 in serie con l'uscita avrà un effetto trascurabile a causa del suo valore basso e della sua posizione al di fuori del circuito di retroazione del circuito di controllo della tensione. Mentre il carico viene mantenuto costante e la tensione di uscita non viene modificata, il circuito è stabile. Se il carico viene aumentato in modo tale che la caduta di tensione attraverso R7 sia maggiore di 1 V, IC3 viene forzato all'azione e il circuito passa alla modalità corrente costante. L'uscita di U3 è accoppiata all'ingresso non invertente di U2 da D9. U2 è responsabile del controllo della tensione e poiché U3 è accoppiato al suo ingresso, quest'ultimo può effettivamente annullare la sua funzione. Quello che succede è che la tensione attraverso R7 viene monitorata e non può aumentare al di sopra del valore preimpostato (1 V nel nostro esempio) riducendo la tensione di uscita del circuito.

Questo è in effetti un mezzo per mantenere costante la corrente di uscita ed è così preciso che è possibile preimpostare il limite di corrente a un minimo di 2 mA. Il condensatore C8 è lì per aumentare la stabilità del circuito. Q3 viene utilizzato per pilotare il LED ogni volta che viene attivato il limitatore di corrente al fine di fornire un'indicazione visiva del funzionamento dei limitatori. Per consentire a U2 di controllare la tensione di uscita fino a 0 V, è necessario fornire una guida di alimentazione negativa e ciò avviene mediante il circuito attorno a C2 e C3. La stessa fornitura negativa viene utilizzata anche per U3. Poiché U1 funziona in condizioni fisse, può essere eseguito dalla rotaia di alimentazione positiva non regolata e dalla terra.

La rotaia di alimentazione negativa è prodotta da un semplice circuito della pompa di tensione che è stabilizzato mediante R3 e D7. Al fine di evitare situazioni incontrollate allo spegnimento, è presente un circuito di protezione attorno a Q1. Non appena la barra di alimentazione negativa collassa, Q1 rimuove tutte le trasmissioni allo stadio di uscita. Questo in effetti porta la tensione di uscita a zero non appena viene rimossa la corrente alternata proteggendo il circuito e gli apparecchi collegati alla sua uscita. Durante il normale funzionamento Q1 viene tenuto spento per mezzo di R14 ma quando la barra di alimentazione negativa collassa il transistor viene acceso e porta in basso l'uscita di U2. L'IC ha una protezione interna e non può essere danneggiato a causa di questo efficace cortocircuito della sua uscita. È un grande vantaggio nel lavoro sperimentale essere in grado di uccidere l'uscita di un alimentatore senza dover aspettare che i condensatori si scarichino e c'è anche una protezione aggiuntiva perché l'uscita di molti alimentatori stabilizzati tende a salire istantaneamente allo spegnimento con risultati disastrosi.

Ringraziamento: questa sezione non è stata scritta da me, ma è tratta da electronics-lab.com. Il merito è dell'autore originale.

Passaggio 8: identificare i componenti nel kit di alimentazione

Prima di dichiarare il montaggio del kit leggere attentamente il manuale di istruzioni.

Il kit viene fornito con tutti i componenti miscelati insieme in un unico pacchetto, quindi si consiglia di iniziare a lavorare identificando i componenti e separandoli in gruppi come: transistor, Opamps, regolatore, potenziometri e connettori. In questo modo si risparmia molto tempo durante la costruzione del kit.

Passaggio 9: identificare i resistori

Nel kit di alimentazione, il maggior numero di componenti utilizzati sono resistori con valori diversi, mentre nel kit i resistori sono raggruppati in un gruppo e i loro valori non sono etichettati. Quindi dobbiamo misurare manualmente il valore di resistenza usando un multimetro digitale, ho misurato i valori e scritto sulla piccola striscia di carta nella gamba del resistore.

Passaggio 10: saldare i componenti

La regola del pollice per saldare i componenti sul PCB è "Saldare i componenti in base alla loro altezza". Iniziare sempre con componenti di altezza ridotta Prima di saldare tutta la resistenza, quindi i diodi, quindi i condensatori ceramici, quindi i transistor, poi gli Opamp e così via. Utilizzare una pinza quando si piegano le gambe dei diodi a ponte per evitare la rottura. Nel kit non è presente una base DIP per Opamps, quindi ho usato la base dal mio magazzino.

Nota: non saldare il LED da 3 mm, poiché collegheremo i cavi dal LED da montare sul pannello anteriore.

Passaggio 11: Saldatura dei transistor di potenza

La parte metallica del transistor ad alta potenza (2SD1047) e del transistor di media potenza (2SD882) è collegata al dissipatore di calore, rendendolo adatto per dispositivi che dissipano diversi watt di calore.Il dissipatore di calore per transistor 2SD882 è incluso nel kit. devo acquistare un dissipatore di calore separato per l'altro transistor (2SD1047). Ma la cosa buona è che il dissipatore di calore di dimensioni perfette abbinato al contorno del PCB e insieme a una ventola di raffreddamento è disponibile dallo stesso produttore. Puoi acquistarlo da Banggood.

Il composto termico viene utilizzato per migliorare il trasferimento di calore tra la custodia del dispositivo e il dissipatore di calore.

Passaggio 12: preparare il potenziometro

Il potenziometro potrebbe essere posizionato direttamente sul PCB e potrebbe anche essere allineato sulla scheda attraverso la sua presa e fili. Il potenziometro etichettato con A è il potenziometro del limite di corrente e V è il potenziometro della tensione. Il potenziometro di tensione potrebbe essere sostituito da un potenziometro a filo multi giro da 10 K a piacimento, con il quale è possibile regolare in modo più accurato.

Poiché vogliamo installare il potenziometro nella nostra custodia, dobbiamo saldare la scheda PCB attraverso i connettori JST nel kit.

Inserire innanzitutto i tubi termorestringenti nei 3 fili del connettore JST, quindi saldare i fili alle gambe del potenziometro. Quindi coprire il giunto di saldatura con un tubo termorestringente e applicare calore tutto intorno per dare il tocco finale.Per una migliore comprensione è possibile vedere l'immagine sopra.

Passo 13: Schema elettrico per presa di corrente in ingresso

Ho usato una presa IEC 3 Pin 320 C14 per l'ingresso di alimentazione. Ha presa di corrente integrata, fusibile per protezione e un interruttore. Lo schema di collegamento è mostrato nell'immagine sopra. Il filo rosso e blu nello schema è collegato al lato primario del trasformatore. Ho lasciato il collegamento di terra (filo verde), se si dispone di un involucro metallico, è possibile collegarlo.

Step 14: Cablaggio del misuratore a doppio display Volt-Amp

Il display del mio misuratore Volt-Amp aveva spessi fili neri, rossi e blu. Quelle sottili sono rosse e nere per l'alimentazione del chip stesso. Lo schema elettrico è il seguente:

● Linea nera (sottile): vuoto o modulo negativo

● Linea rossa (sottile): alimentazione positiva

● Linea nera (spessa): misurazione comune (GND)

● Linea rossa (spessa): ingresso tensione di misura terminale positivo

● Linea blu (spessa): ingresso corrente +

Fare riferimento agli schemi elettrici per maggiori dettagli

Passaggio 15: crea il circuito USB

Un altro connettore opzionale che è possibile aggiungere è una presa USB. Ciò ti consentirà di far funzionare qualsiasi dispositivo alimentato da una porta USB.La tensione di uscita USB è 5V che può essere ottenuta scendendo dal DC 24 V. Prima di tutto regolare il trimpot nel convertitore buck per impostare la tensione di uscita su 5 V. Quindi saldare il terminale di ingresso del convertitore buck all'uscita del regolatore lineare a 24 V o al terminale fornito per il collegamento della ventola. L'uscita del modulo convertitore buck è collegata alla porta USB.

Passaggio 16: completare il diagramma di cablaggio

Il cablaggio è piuttosto semplice. Ho aggiunto un misuratore Volt-Amp extra e un circuito USB nel circuito.

1. Presa di alimentazione in ingresso: collegare i cavi come spiegato nel passaggio precedente.

2. I fili di uscita dalla presa di alimentazione in ingresso sono collegati al lato primario del trasformatore (220 V).

3.Il lato secondario (24 V) è collegato al terminale di ingresso del kit di alimentazione.

4. Misuratore Volt-Amp: i fili dal terminale a vite di uscita sono collegati al misuratore Volt-Amp come spiegato in precedenza.

5.Il terminale postale è collegato all'uscita PCB dell'alimentatore tramite un interruttore a bilanciere, come mostrato nello schema di cablaggio sopra.

6. Connessione USB: l'alimentazione CC dopo che il ponte a diodi è stato rimosso per fornire l'alimentazione all'USB attraverso un modulo convertitore buck.

Step 17: Realizzare la custodia

La custodia è progettata in base al design Thingiverse "The Ultimate Box Maker". Ho usato Customizer per ottenere le dimensioni esatte della custodia in base alle mie esigenze. Per prima cosa misuro le dimensioni del PCB e del trasformatore e poi finalizzo le dimensioni dell'involucro (200 x 140 x 80).

Ho progettato il pannello anteriore e posteriore separatamente in Autodesk Fusion 360. Dopo la progettazione, ho stampato tutti i componenti (guscio superiore, guscio inferiore, pannello anteriore e pannello posteriore) separatamente.

Ho usato la mia stampante 3D Creality CR-10 per stampare tutte le parti. Ho stampato con un'altezza dello strato di 0, 3 mm e una velocità di 50 mm / s. La qualità di stampa è davvero eccellente.

I file .stl per l'allegato sono allegati di seguito.

allegati

Passaggio 18: installare tutti i componenti

Inserire i componenti nelle fessure del pannello anteriore e posteriore come mostrato in figura.

Montare la scheda PCB avvitando ai quattro angoli.

Posizionare il trasformatore sulla base fornita sull'involucro e quindi montarlo.

Montare il modulo convertitore buck sul guscio inferiore dell'involucro applicando colla a caldo.

Instradare tutti i cavi correttamente.

Quindi posizionare il guscio superiore e fissare i dadi sui due lati.

Passaggio 19: avviso

Una volta terminati tutti i collegamenti esterni, eseguire un'attenta ispezione della scheda e pulirla per rimuovere i residui del flusso di saldatura. Assicurarsi che non vi siano ponti che possano cortocircuitare i binari adiacenti e, se tutto sembra funzionare correttamente, collegare l'ingresso del circuito con il secondario di un trasformatore di rete adatto. Collegare un voltmetro attraverso l'uscita del circuito e il primario del trasformatore alla rete.

Nota: non toccare nessuna parte del circuito mentre è sotto tensione.

Passaggio 20: test

Raccomanderò di testare l'alimentatore prima di chiudere l'involucro.Se qualcosa non ha funzionato puoi rettificarlo facilmente Una volta finito, collega il cavo di alimentazione, accendi l'alimentatore usando l'interruttore sul retro dell'alimentatore e il LED dovrebbe accendersi insieme alla ventola. Ora gira la manopola della tensione in senso orario, noterai il graduale aumento della lettura della tensione sul display. Per vedere la lettura corrente devi collegare un carico ai terminali della posta.Se tutto va perfettamente, quindi congratulazioni! !! Hai fatto il tuo alimentatore da banco.

È possibile aggiungere più funzionalità e modificare il kit per ottenere l'output desiderato in base alle proprie esigenze. Dai un'occhiata al seguente link in cui sono in corso molte discussioni sulle modifiche di questo kit di alimentazione.

Modifica: //www.eevblog.com/forum/beginners/bangood-ps ...


Spero che abbiate gradito e imparato come realizzare un alimentatore lineare. Grazie !

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