Потужний блок живлення з захистом по струму

Кожній людині, що збирає електронні схеми, необхідний універсальне джерело живлення, що дозволяє в широких межах змінювати напругу на виході, контролювати струм і при необхідності відключати живиться пристрій. У магазинах подібні лабораторні блоки живлення стоять вельми недешево, але зате зібрати такий можна самостійно з поширених радіодеталей. Представлений блок живлення включає в себе:

• Регулювання напруги до 24 вольт;
• Максимальний струм, що віддається в навантаження, до 5 ампер;
• Захист по струму з кількома фіксованих значень;
• Активне охолодження для роботи при великих токах;
• Стрілочні індикатори струму і напруги;

Схема регулятора напруги

Найпростіший і доступний варіант регулятора напруги - схема на спеціальній мікросхемі, званої стабілізатором напруги. Найбільш підходящим варіантом є LM338, вона забезпечує максимальний струм в 5 А і мінімум пульсацій на виході. Також сюди підійдуть LM350 і LM317, але максимальний струм в цьому випадку складе 3 А і 1,5 А відповідно. Змінний резистор служить для регулювання напруги, його номінал залежить від того, яку максимальну напругу необхідно отримати на виході. Якщо максимальна вихідна потрібно 24 вольта - необхідний змінний резистор опором 4,3 кОм. В цьому випадку потрібно взяти стандартний потенціометр на 4.7 кОм і з'єднати паралельно з ним постійний на 47 кому, загальний опір вийде приблизно 4.3 кОм. Для живлення всієї схеми необхідне джерело постійного струму з напругою 24-35 вольт, в моєму випадку це звичайний трансформатор з вбудованим випрямлячем. Також можна застосовувати зарядні пристрої ноутбуків або інші різні імпульсні джерела, відповідні по струму.
Даний регулятор напруги є лінійним, а значить, вся різниця між вхідним і вихідним напругою доводиться на одну мікросхему і розсіюється на ній у вигляді тепла. При великих токах це вельми критично, тому мікросхема повинна бути встановлена ​​на великому радіаторі, найкраще для цього підійде радіатор від процесора комп'ютера, що працює в парі з вентилятором. Для того, щоб вентилятор не обертався весь час даремно, а включався тільки при нагріванні радіатора, необхідно зібрати невеликий датчик температури.

Схема управління вентилятором

В його основі лежить NTC термістор, опір якого змінюється в залежності від температури - при збільшенні температури опір значно зменшується, і навпаки. Операційний підсилювач виконує роль компаратора, реєструючи зміна опір термістора. При досягненні порогу спрацьовування на виході ОУ з'являється напруга, транзистор відмикається і запускає вентилятор, разом з яким загоряється світлодіод. Підлаштування резистор служить для настройки порога спрацьовування, його номінал варто вибирати виходячи з опору термістора при кімнатній температурі. Припустимо, термістор має опір 100 кому, підлаштування резистор в цьому випадку повинен мати номінал приблизно 150-200 кОм. Головна перевага цієї схеми - наявність гістерезису, тобто різниці між порогами включення і виключення вентилятора. Завдяки гістерезису не відбувається частого включення-виключення вентилятора при температурі, близькій до граничної. Термістор виводиться на проводках безпосередньо на радіатор і встановлюється в будь-який зручний місце.
Схема захисту по струму
Мабуть, найважливіша частина всього блоку живлення - захист по струму. Працює вона наступним чином: падіння напруга на шунт (резистор опором 0.1 Ом) посилюється до рівня 7-9 вольт і за допомогою компаратора порівнюється з еталонним. Еталонне напруга для порівняння задається чотирма підлаштування резисторами в діапазоні від нуля до 12 вольт, вхід операційного підсилювача підключається до резисторам через галетним перемикач на 4 положення. Таким чином, змінюючи положення галетного перемикача ми можемо вибирати з 4-х заздалегідь встановлених варіантів струмів захисту. Наприклад, можна встановити такі значення: 100 мА, 500 мА, 1,5 А, 3 А. При перевищенні струму, заданого галетним перемикачем, спрацює захист, напруга перестане надходити на вихід і загориться світлодіод. Для скидання захисту досить короткочасно натиснути на кнопку, напруга на виході з'явиться знову. П'ятий підлаштування резистор необхідний для установки коефіцієнта посилення (чутливості), його потрібно встановити так, щоб при струмі через шунт 1 Ампер напруга на виході ОУ було приблизно 1-2 вольта. Резистор настройки гістерезису спрацьовування захисту відповідає за "чіткість" замикання схеми, його потрібно налаштовувати в тому випадку, якщо напруга на виході не пропадає полностью.Данная схема хороша тим, що має високу швидкість спрацьовування, моментально включаючи захист при перевищенні струму.

Блок індикації струму і напруги

Більшість лабораторних блоків живлення оснащено цифровими вольтметрами і амперметрами, що показують величини у вигляді цифр на табло. Такий варіант компактний і забезпечує непогану точність показань, однак абсолютно незручний для сприйняття. Саме тому для індикації вирішено використовувати стрілочні головки, свідчення яких легко і приємно сприймаються. У випадку з вольтметром все просто - він підключається до вихідних клем блок живлення через підлаштування резистор з опором приблизно 1-2 МОм. Для правильної роботи амперметра необхідний підсилювач шунта, схема якого наведена нижче.
Підлаштування резистор необхідний для настройки коефіцієнта посилення, в більшості випадків його досить залишити в середньому положенні (приблизно 20-25 кОм). Стрілочна головка підключається через галетним перемикач, за допомогою якого можна вибирати один з трьох підлаштування резисторів, за допомогою яких задається струм максимального відхилення амперметра. Таким чином, амперметр може працювати в трьох діапазонах - до 50 мА, до 500 мА, до 5А, це забезпечує максимальну точність показань при будь-якому струмі навантаження.

Збірка плати блоку живлення

Плата друкована:
Тепер, коли всі теоретичні аспекти враховані, можна приступати до складання електронної частини конструкції. Всі елементи блоку живлення - регулятор напруги, датчик температури радіатора, блок захисту, підсилювач шунта для амперметра збираються на одній платі, розміри якої 100х70 мм. Плата виконується методом Лут, нижче представлені кілька фотографій процесу виготовлення.
Силові доріжки, по яких тече струм навантаження, бажано залудити товстим шаром припою для зменшення опору. Спершу на плату встановлюються дрібні деталі.
Після цього всі інші компоненти. Мікросхему 78L12, що живить датчик температури і кулер, необхідно встановити на невеликий радіатор, місце для якого передбачено на друкованій платі. В останню чергу на плату запаюються дроти, на яких виводяться вентилятор, термістор, кнопка скидання захисту, галетні перемикачі, світлодіоди, мікросхема LM338, вхід і вихід напруги. Вхід напруги найзручніше підключити через DC роз'єм, при цьому необхідно враховувати, що він повинен забезпечувати великий струм. Всі силові дроти необхідно використовувати відповідного току перетину, бажано мідні. Плюс виходу з друкованої плати йде до вихідних клем не безпосередньо, а через тумблер з двома групами контактів. Друга група при цьому включає і вимикає світлодіод, який показує, подається чи на клеми напруга.

Збірка корпусу

Корпус можна як знайти готовий, так і зібрати самостійно. Виготовити його можна, наприклад, з фанери і ДВП, як я і зробив. В першу чергу вирізається прямокутна передня панель, на якій будуть встановлені всі органи управління.
Потім виготовляються стінки і днище ящика, конструкція скріплюється воєдино саморізами. Коли готовий каркас, можна встановлювати всередину всю електроніку.
Органи управління, стрілочні головки, світлодіоди встановлюються на свої місця в передній панелі, плата укладається всередині корпусу, радіатор з вентилятором кріпляться на задню панель. Для кріплення світлодіодів використовуються спеціальні тримачі. Вихідні клеми бажано продублювати, тим більше що місце дозволяє. Розміри корпусу вийшли 290х200х120 мм, всередині корпусу залишається ще багато вільного простору, і туди може вміститися, наприклад, трансформатор для живлення всього апарату.

Налаштування

Незважаючи на безліч підлаштування резисторів, настройка блоку живлення досить проста. Перших справою калібруємо вольтметр, підключивши до вихідних клем зовнішній. Обертаючи підлаштування резистор, включений послідовно з стрілочної головкою вольтметра добиваємося рівності показань. Потім підключаємо на вихід будь-яку навантаження з амперметром і калібруємо підсилювач шунта. Обертаючи кожен і трьох підрядкових резисторів добиваємося збігів показань на кожному з трьох діапазонів вимірювань амперметра - в моєму випадку це 50 мА, 500 мА і 5А. Далі встановлюємо необхідні струми захисту за допомогою чотирьох підлаштування резисторів. Зробити це нескладно, враховуючи, що штатний амперметр вже відкалібрований і показує точний струм. Плавно підвищуємо напруга (при цьому підвищується і ток) і дивимося, при якому струмі спрацьовує захист. Потім обертаємо кожен з резисторів, встановлюючи чотири потрібних струму захисту, між якими можна перемикатися за допомогою галетного перемикача. Тепер залишилося лише встановити потрібний поріг спрацьовування датчика температури радіатора - настройка закінчена.