Dvojitý laboratórny zdroj

Kategória: Silové časti | 30.10.2009 | Autor: zawin 

Po dlhom čase som konečne cez víkend dokončil dvojitý laboratórny zdroj, tak som sa rozhodol,ze ho dam aj na web. Myšlienka postaviť si poriadny zdroj ma držala už dlhšie, lenže som sa k tomu nemohol nejak dokopať. Nakoniec ma donútila skutočnosť, že mi vyhorel starý zdroj postavený na LM317 a bez zdroja sa správny elektrotechnik nezaobíde. Povedal som si, že už postavím niečo lepšie. Doma sa mi povaľoval starý zdroj určený k PMD počítačom, ktorého krabicu s chladičom som využil na tento zdroj. Skonštruovať zdroje som sa rozhodol zo stránky electronic-lab.com, kde je použité zapojenie s operačnými zosilňovačmi. Zapojenie ma zaujalo svojou jednoduchosťou a kvalitou.

Popis:

Môj zdroj sa skladá z transformátora 2x24V/200W, dvoch modulov zdroja a 2 modulov meracích panelov. Jednotlivé časti v nasledovných riadkoch opíšem:

Zdroj:

Ide o laboratórny zdroj s možnosťou regulácie napätia v rozsahu 0-30V a regulácie prúdu 0-3A. Ďalej sa popisu zapojenia nebudem nijak zvlášť venovať je popísane na stránkach:
http://www.dc.evil666.net/index.php?page=article&id=49
http://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.html

Meracie panely:

Zapojenie som prebral zo stránky http://elfly.pl/multimetr/multimetr_en_DIP.htm a prerobil som trocha schému. Plošný spoj som navrhol podľa seba. Srdcom zapojenia je ATMEGA8, o zobrazovanie sa stará displej 1x16znakov. Zariadenie zobrazuje aktuálne napätie na svorkách a pretekajúci prúd. Napätie sa zisťuje na svorkách zdroja a prúd pomocou úbytku napätia na výkonovom odpore 0,47ohm/5W. Zariadenie disponuje aj schopnosťou zopnúť ventilátor nad nastavený výkon.

Konštrukcia:

V prvom rade sa zmienim o bezpečnosti , tá je najdôležitejšia, keďže zariadenie pracuje zo sieťovým napätím tj. 230V. Na zdroj budete používať najskôr asi kovovú krabicu, vtedy ide o triedu ochrany I, a zariadenie sa musí pripájať k sieti 3 vodičmi – fáza, neutrálny, ochranný. Už som videl aj také prípady kedy žiak išiel na SOČ-ku zo zdrojom v kovovej krabičke, ktorá bola pripojená k sieti 2-vodičovou šnúrou.
Preto ak vám zdravie nie je ľahostajné postupujte nasledovne:
- Ochranný vodič pripojte na kostru zariadenia a takisto pokiaľ máte klasické EI trafo treba zabezpečiť aj galvanické spojenie kostry transformátora s krabicou. Ide o to, keby sa náhodou na kostre transformátora alebo na krabici objavilo sieťové napätie, aby sa bezpečne odviedlo do zeme
- Neutrálny vodič neprerušujeme! Teda poistku, vypínač zapájame na fázu
- Živé vodiče dokonale zaizolujeme, aby sme zabránili dotyku alebo skratu.
- Snažíme sa dodržiavať vhodné farby vodičov tj. Fáza – hnedá neutrálny vodič – modrá ochranný žlto-zelená

Ak ste splnili nasledovné podmienky môžeme sa pustiť do stavby zdroja. Ja som použil 2 moduly zdrojov, pretože chcel som mať možnosť regulovať 2 nezávislé napätia a využiť ho ako symetrický zdroj napr. na testovanie zosilňovačov. Ak aj vy budete chcieť symetrický zdroj treba si uvedomiť, že tieto zdroje musia byť navzájom galvanicky oddelené teda zeme zdrojov nesmieme spájať navzájom a ani s krabicou.

ZDROJ:

Čo sa týka zapojení zdroja, nečíha tu žiadna zrada, len treba dbať na precíznosť. Ja som to trocha podcenil a osvietil som obidva plošáky z opačnej strany. Musel som teda všetky súčiastky dávať opačne a operačné zosilnovače som musel dať „hore bruchom“  Preto sa nenechajte pomýliť obrázkami, mám to zrkadlovo  Po osadení súčiastkami zapojíme potenciometre a výkonový tranzistor na chladič. Tranzistor galvanicky oddelíme sľudovou podložkou a priechodkami. Keďže sa jedná o veľké tepelné straty maximálne okolo 100W a viac, preto musíme dbať aj na dostatočný odvod tepla na chladič. Preto je vhodné použiť teplo- vodivú pastu a dostatočne dimenzovaný chladič. Pomocou potenciometra RV1 nastavíme nulové napätie.

Schéma zapojenia:

DPS s rozmermi 12,5cm x 8,7cm:

Osadenie DPS:

Pripojenie potenciometrov a kabeláže:



Zoznam súčiatok:

 R1 = 2,2 KOhm 1W
R2 = 82 Ohm 1/4W
R3 = 220 Ohm 1/4W
R4 = 4,7 KOhm 1/4W
R5, R6, R13, R20, R21 = 10 KOhm 1/4W
R7 = 0,47 Ohm 5W -
R8, R11 = 27 KOhm 1/4W
R9, R19 = 2,2 KOhm 1/4W
R10 = 270 KOhm 1/4W
R12, R18 = 56KOhm 1/4W
R14 = 1,5 KOhm 1/4W
R15, R16 = 1 KOhm 1/4W
R17 = 33 Ohm 1/4W
R22 = 3,9 KOhm 1/4W
RV1 = 100K trimmer
P1, P2 = 10KOhm - lineárny
C1 = 3300 uF/50V electrolytic - čím viac tým lepšie
C2, C3 = 47uF/50V electrolytic
C4 = 100nF polyester
C5 = 200nF polyester
C6 = 100pF ceramic
C7 = 10uF/50V electrolytic
C8 = 330pF ceramic
C9 = 100pF ceramic
D1, D2, D3, D4 = 1N5402,3,4 diode
D5, D6 = 1N4148
D7, D8 = 5,6V Zener 2W
D9, D10 = 1N4148
D11 = 1N4001 diode 1A
Q1 = BC548, NPN transistor or BC547
Q2 = 2N2219 NPN transistor
Q3 = BC557, PNP transistor or BC327
Q4 = KD503 NPN power transistor - alebo iný s podobnými parametrami
U1, U2, U3 = OP07 + pätice
D12 = LED diode -farba ľubovolná

 

MERACIE PANELY:

Schéma meracích panelov je jednoduchá, vyžaduje minimum súčiastok. Pokiaľ nemáte programátor na ATMEL, nezúfajte ATMEGA8 sa programuje veľmi jednoducho, stačí vám nato paralelný port a pár vodičov. Na naprogramovanie použite program PonyProg.
Odkaz na jednoduchý prográmator

DOWNLOAD: Program HEX pre mikroprocesor

Treba zapojiť dátové vodiče a napájanie 5V pre mikroprocesor, kde ich zapojiť nájdete v datasheete.

Schéma zapojenia:

DPS s rozmermi 5,42cm x 3,98cm:

Osadenie DPS:

Zoznam súčiastok:
R1 - 10k
R2 - 100k
R3 - 7,5K
R4 - 100k
R5 - 5,1k
R6 - 10K
R7 - 1k
C1,C2,C3 - 100nF
C4 - 100uF/16V
C5,C6 - 100nF
P1 - trimer 10k
IC1 - ATMEGA8
Q1 - BS170
U1 - 7812
U2 - 7805
LCD - LCD panel 1x16znakov

Po osadení súčiastkami prepojíme displej napr. drôtikmi s plošným spojom alebo môžeme použiť aj kolíkovú lištu. Ak sa vám po zapojení na displeji nič neukáže nezúfajte, treba nastaviť vhodný jas displeja. Pri testovaní nastal u mňa jeden problém a to ten že podsvietenie displeja pri 5V bralo asi 300mA a to pri stabilizácii s napätia 30V bola neúnosná výkonová strata na stabilizátore. Preto som podsvietenie pripojil cez rezistor 22ohm a prúd sa zmenšil na 50mA a myslím si že podsvietenie je dostatočné.

Zariadenie prepojíme zo zdrojom nasledovne:
- Svorku J1 pripojíme na kondenzátor C1 zdroja teda na usmernené a vyhladené napätie zdroja
- Svorka J2 – slúži na meranie napätia a prúdu
pin pripojený na rezistor R1 pripojíme na (-) pól svorky zdroja
druhý pin pripojený na R2 pripojíme na (+) svorku zdroja
- Svorka J3 - pripojíme na ňu tlačítko – bude slúžiť na nastavenie meracieho panelu - Svorka J4 – môžeme na ňu pripojiť ventilátor, ktorý bude chladiť výkonový prvok podľa zátaže.

Nastavenie meracích panelov: Meracie panely treba po zapnutí nastaviť a nakalibrovať aby zobrazovali presné hodnoty. Spravíme to tak, že na svorku J3 pripojíme tlačítko. Stlačíme ho a držíme potom zapneme zdroj. Na displeji sa vysvieti ellfy.pl, vtedy pustíme tlačítko. Prvým parametrom, ktorý potrebujeme nastaviť je Vref teda referenčné napätie, odmeriame ho na 21 pine mikroprocesora a nastavíme toto napätie pomocou stláčania tlačítka. Keď tlačítko nestlačíme 5 sekúnd, zariadenie sa prepne do ďalšieho nastavenia a to nastavenie odporu, v našom prípade je odpor 0,47ohm. Takisto po nastavení odporu počkáme 5 sekúnd a prepneme sa do nastavenia napätia, pripojíme na svorky multimeter a pomocou tlačítka nastavíme požadovanú hodnotu. Posledný parameter na nastavenie je spínanie ventilátora, nastavíme požadovanú stratu pri ktorej sa ma zopnúť ventilátor.

Záverečné úpravy:

Na záver som sa rozhodol zmeniť vizáž zdroja, tak som sa pustil do tvorby predného panelu. Ja mám overený jeden dobrý spôsob, ktorý vám opíšem v nasledovných riadkoch.
Na začiatok v AutoCad-e alebo v inom programe, ktorý pracuje s milimetrami zostrojíme predný panel, nakreslíme otvory pre potenciometre, svorky, displej. Doplníme texty. Text a otvory dáme bielou farbou, ostatok čierne. Takto spracovaný obrázok vytlačíme na laserovej tlačiarni na fóliu. Následne necháme fóliu pár minút „nasiaknut“ v acetónových výparoch. Tým sa toner naleptá a čierne bude naozaj čierna :) Na fóliu nalepíme samolepiaci papier a vystrihneme otvory pre potenciometre a svorky. Miesto na displej neprelepíme a tým teda ostane priesvitné.

Fotografie výrobku:

Osadený DPS zdroja:

L profil s plechu na uchytenie DPS o krabicu:

Strana DPS zdroja:

Tranzistory umiestnené na chladiči:

Osadený plošný spoj meracieho panelu:

Spojenie DPS meracieho panelu a DPS, funkcia rezistoru v texte

Predný panel bez fólie:

Vnútro zdroja:

Vnútro zdroja:

Hotový výrobok:

Želám vela štastia pri stavbe!