Jdi na obsah Jdi na menu
 


Laboratorní zdroj 0-30V / 20mA - 3A

Dnes Vám přináším návod na jednoduchý a lidmi osvědčený laboratorní zdroj 0-30V/ 0,02 - 3A, který si přes svou jednoduchost mnoho z Vás jistě oblíbí.

Jan Půhoný:

" Konstrukce jednoduchého laboratorního zdroje s citlivou proudovou pojistkou, aktivním chlazením a vyřešenou mechanickou konstrukcí.

Upozornění (6.3.2006): trimr R29 pro nastavení přesně 0V na výstupu má být zapojen mezi vývody 1 a 5 IO3 a ne mezi 1 a 8. V dokumentaci tento problém odstraním výhledově.


Jedná se o mírně upravené zapojení, pocházející ze serveru electronics-lab.com, jehož překlad byl uveřejněn před nedávnem i zde na HW serveru. Zapojení jsem mírně upravil, doplnil o měřicí přístroje, aktivní chlazení s teplotním spínačem a vtěsnal do krabičky. Vznikl tak poměrně kompaktní zdroj pro použití v domácí laboratoři. Zařízení je sestaveno na dvou deskách plošných spojů. Jedná se o vlastní desku zdroje a desku teplotního spínače ventilátoru se zdrojem napětí pro panelová měřidla. Zapojení na jednotlivých deskách budou pro přehlednost popsána odděleně.

Popis zapojení – deska zdroje

Napětí ze síťového transformátoru je usměrněno diodami D1 – D4 v můstkovém zapojení a filtrováno kondenzátorem C1 (případně C10, C11 – osazovací varianta, viz níže) a rezistorem R1. Obvod má určité vlastnosti díky kterým se liší od podobných zařízení svého druhu. Nepoužívá ke kontrole výstupního napětí uspořádání proměnné zpětné vazby, ale konstantní zesilovač, který zajištuje referenční napětí pro stabilní výstupní napětí. Výstup referenčního napětí je na výstupu IO1. Zenerova dioda D8 (5,6 V) zajišťuje teplotní stabilizaci, napětí na výstupu IO1 se postupně zvyšuje, dokud dioda D8 nesepne. Poté se obvod stabilizuje a referenční napětí zenerovy diody (5,6V) se objeví na odporu R5. Proud, který prochází přes neinvertující vstup operačního zesilovače je zanedbatelný, stejný proud prochází přes odpory R5 a R6. Napětí na výstupu operačního zesilovače (pin 6 na IO1) je 11,2V (2 x 5,6V). IO2 má nastaveno konstantní zesílení cca 3 (A = (R11 + R12)/R11), zvyšuje tedy referenční napětí z IO1 (11,2V) na cca 33V. Trimr R29 a rezistor R10 upravují limity výstupního napětí, které tak může být redukováno na 0V i vzhledem k tolerancím ostatních součástí.

 

Pro zvětšení klikněte na obrázky

Schema zapojení desky zdroje

Schema zapojení desky zdroje

Další důležitou vlastností obvodu je možnost nastavit hodnotu maximálního proudu na výstupu, čímž lze ze zdroje napětí v podstatě udělat zdroj konstantního proudu. Aby toto bylo možné, obvod detekuje úbytky napětí na paralelní kombinaci odporů R7, R8, které jsou sériově spojeny se zátěží. Invertující vstup IO1 je nastaven rezistorem R21 na 0V, pomocí potenciometrů P3+P4 může být na neinvertujícím vstupu nastaveno libovolné napětí.

Předpokládejme, že pro výstupní napětí několika voltů je P3 + P4 nastaven tak, aby mělo napětí na vstupu integrovaného obvodu hodnotu 1V. Pokud se vlivem zátěže zvýší úbytek na paralelní kombinaci R7, R8 nad nastavený 1V, zareaguje proudová pojistka a přes D9 se omezí výstupní napětí zdroje prostřednictvím IO3 (IO3 slouží ke kontrole napětí a IO1 je spojen s jeho vstupem, čímž může později efektivně potlačit jeho funkci. Napětí na odporu R7 je monitorováno a jeho velikost se nemůže zvyšovat nad stanovenou hodnotu - v našem případě nad 1 V). Toto je princip udržování konstantního proudu na výstupu. Obvod umožnuje přednastavit minimální proudové omezení okolo 2mA. Kondenzátor C8 zvyšuje stabilitu obvodu. T3 rozsvítí LED diodu v okamžiku, kdy je elektronický omezovač aktivován.


 

Plošný spoj ? deska zdroje

Plošný spoj – deska zdroje

Pomocí obvodu složeného z C2, C3, D5, D6 a R7 je vytvořeno záporné napájecí napětí pro operační zesilovače IO1 a IO3. Tranzistor T1 a okolní součástky zajišťují ochranu napájeného zařízení v případě, že by z nějakého důvodu zmizelo záporné napájecí napětí. Zároveń se tento obvod uplatní při zapnutí napájení celého zdroje, kdy potlačí napěťovou špičku na výstupu.

 

Osazovací plán ? deska zdroje

Osazovací plán – deska zdroje

Jako regulační prvek je použita paralelní kombinace tranzistorů T4, T5, které jsou řízeny prostřednictvím T2. Emitorové rezistory R26 a R27 eliminují rozdíly v parametrech T4 a T5, čímž je zajištěno stejnoměrné rozložení výkonu na obě součástky. Paralelní kombinace T4, T5 byla použita z důvodu efektivního chlazení. Při experimentech pouze s jedním tranzistorem nebylo možné tento uchladit (při velmi nepříznivých podmínkách - dlouho trvajícím zkratu na výstupu a proudu cca 3,8A) a vlivem vysoké teploty došlo k průrazu přechodu.

 

Zapojení síťové části
Zapojení síťové části


Pohled na osazenou desku zdroje
Pohled na osazenou desku zdroje

Popis zapojení – deska teplotního spínače ventilátoru a napájecího zdroje panelových měřicích přístrojů

Protože použité měřicí moduly nemohou mít společnou zem napájecí a měřicí, je třeba pro každý vytvořit galvanicky oddělené napájení. Použitý transformátor má proto dvě vinutí, střídavé napětí je usměrněno a standardně stabilizováno. Obvod teplotního spínače ventilátoru je tvořen operačním zesilovačem IO1, který je zapojen jako komparátor. Trimr R4 nastavuje spínací uroveň, hystereze je nastavena rezistorem R6. Ventilátor je spínan v závislosti na teplotě, teplotní čidlo (KTY-10) je přilepeno na chladič.

 

Schema zapojení spínače ventilátoru a zdroje pro měřicí moduly


Schema zapojení spínače ventilátoru a zdroje pro měřicí moduly



Plošný spoj ? deska spínače ventilátoru


Plošný spoj – deska spínače ventilátoru

Osazovací plán ? deska spínače ventilátoru


Osazovací plán – deska spínače ventilátoru

Mechanická konstrukce

Zařízení je navrženo do plastové krabice KP-14 ABS. V zadním čele je vyříznut otvor pro ventilátor, euro konektor a vyvrtán otvor pro pojistkové pouzdro. Chladič je umístěn nad deskou zdroje na distančních sloupcích délky 45mm + 10mm (na kovových 45mm sloupcích jsou našroubovány ještě 10mm plastové sloupky pro odizolování šroubů ve dně krabice od potenciálu chladiče). Celková mechanická konstrukce je patrná z fotografií. Větrací otvory ve dně a víku krabice umístíme na stranu čelního panelu. Těmito otvory bude vyfukován ohřátý vzduch. Ventilátor je třeba namontovat tak aby směr proudícího vzduchu byl dovnitř přístroje. Transformátor je upevněn pomocí s ním dodávaného šroubu a plechového držáku ke dnu skříňky. Do čelního panelu je třeba vyvrtat otvory pro potenciometry, LED diodu, svorky a případně zkratovací tlačítko. Nejpracnější je vyříznutí čtverhranných otvorů pro panelová měřidla a síťový vypínač. Před vyříznutím otvorů pro součástky u krajů čela skříňky dejte pozor, aby tyto součástky nepřekážely sloupkům uvnitř skříňky, které slouží ke sešroubování. Pro zlepšení vzhledu čelního panelu lze použít samolepící tapetu, jak je vidět u sestaveného prototypu.

Spodní strana skříňky
Spodní strana skříňky


Umístění transformátoru a mechanických součástí ve skříňce

Umístění transformátoru a mechanických součástí ve skříňce


Komponenty na zadní straně zdroje

Komponenty na zadní straně zdroje

Připojovací tabulky – celkové sestavení

Pájecí body pro připojení jednotlivých komponent čelního panelu a dalších součástí jsou očíslovány a označeny ve schematu i osazovacím plánu. Připojení jednotlivých prvků shrnují přehledně následující tabulky. Připojení komponent na čelním panelu je vyznačeno na výkresu (není v měřítku).

Deska zdroje

Přípojné místo

Význam

X1 (1,2)

AC z transformátoru

X2 (3,4)

DC výstup zdroje (X2-2 +, X2-1 -)

5

Potenciometry nastavení napětí P1+P2

6

Potenciometry nastavení proudu P3+P4

7

Kolektory T4, T5

8

Báze T4, T5

9

Emitory T4, T5 (přes R26, R27)

10

Potenciometr nastavení napětí

11

Potenciometr nastavení proudu

12

Potenciometr nastavení napětí

13

Potenciometr nastavení proudu

14

- digitální panelové měřidlo (proud) – základní rozsah 199,9 mV

15

+digitální panelové měřidlo 1 (proud) – základní rozsah 199,9 mV

-

Digitální panelové měřidlo 2 (napětí) – rozsah 199,9V, připojeno přímo k výstupním svorkám zdroje

Poznámka: přesné připojení potenciometrů je patrné z obrázku


Pozor, použitý transformátor ma sekundární vinutí spojena paralelně, ne seriově, jak by se někdo mohl domnívat. Je to z důvodu proudového posílení, tak aby zdroj byl bez problémů schopen dodat 3A. Pokud máte transformátor s jedním sekundárním vinutím 24V/3A neváhejte ho použít. Já takový neměl, proto jsem použil běžně dostupný typ ze seznamu součástek s tím, že jsem sekundární vinutí spojil paralelně. To je možné u transformátorů s dvěma oddělenými sekundárními vinutími, ne tam, kde je vyveden pouze střed.


Připojovací schema prvků čelního panelu

Připojovací schema prvků čelního panelu


Obsazení vývodů výkonových tranzistorů
Obsazení vývodů výkonových tranzistorů

Umístění výkonových tranzistorů na chladiči a připojení tepelného čidla (výkonové rezistory R26, R27 jsou pájeny zespodu přímo na vývody T4, T5)
Umístění výkonových tranzistorů na chladiči a připojení tepelného čidla (výkonové rezistory R26, R27 jsou pájeny zespodu přímo na vývody T4, T5)

 

Deska teplotního spínače

Přípojné místo

Význam

X1

AC 230 V (za vypínačem) (X1-1 L, X1-2 N)

X2

Napájení panelového měřidla 1 (9V - X2-2 +, X2-1 -)

X3

Napájení panelového měřidla 2 (9V - X3-2 +, X3-1 -)

X4

Připojení teplotního čidla KTY (nezávislé na polaritě)

X5

Připojení ventilátoru 12V ( X5-2 +, X2-1 -)


Oživení a nastavení

Každou desku vyzkoušíme samostatně. Před připojením napájecího napětí důkladně zkontrolujte osazení desek a odstraňte případné zkraty na plošném spoji.

Nastavení desky zdroje

Po připojení střídavého napětí na svorkovnici X1 změříme výstupní napětí a ověříme regulaci v rozsahu 0 – 30V. Na výstup zdroje připojíme výkonový rezistor např. 100Ω/10W v serii s ampermetrem na rozsahu alespoň 5A a ověříme regulaci proudu a funkci proudové pojistky. Pokud nemáte výkonový rezistor, je samozřejmě možné výstup zdroje přímo zkratovat, ale není to nejvhodnější řešení, jelikož zatím není jisté, že funguje obvod elektronické pojistky. Pomocí trimrů na měřicích modulech nastavíme zobrazované hodnoty podle přesného voltmetru / ampermetru. Trimrem R29 můžeme doregulovat nulové výstupní napětí.

Nastavení desky teplotního spínače ventilátoru

Na desce teplotního spínače a zdrojů pro panelová měřidla je třeba změřit výstupní napětí pro panelová měřidla (9V) a nastavit teplotu spínání ventilátoru kolem 50 - 60°C trimrem R4.

Nastavení panelových měřicích přístrojů

Použité měřicí přístroje mají základní rozsah 199,9mV. V případě tohoto zdroje je proud měřen tímto základním rozsahem (prostřednictvím děliče na plošném spoji R23, R24, R25), který pro běžné použití vyhovuje - nastavíme desetinnou tečku pro zobrazení 0,00 A. Trimr R25 slouží ke kalibraci proudového měřidla podle referenčního ampermetru.

Napětí musí být měřeno na rozsahu 199.9V. To bohužel vnáší poměrně velkou chybu do měření napětí (měříme napětí pouze 0 – 30V na rosahu 199,9V). Pokud budete mít k dispozici měřidlo s rozsahem 100V nebo dokonce 30V s výhodou ho můžete použít. Nastavení děličů a desetinné tečky pomocí rezistorů a propojek na deskách měřidel je popsáno v manuálu který je dodáván k měřidlům, případně je ke stažení v sekci downloads pod článkem.

Bezpečnostní upozornění

Oživení je třeba provádět za dodržení všech bezpečnostních zásad, pracujete na zařízení pod síťovým napětím!!!

Síťový vypínač musí být ve dvoupólovém provedení (musí přerušovat L i N), síťové vodiče vedoucí od konektoru v zadním panelu k vypínači na předním panelu by měly být uloženy ve zvláštní bužírce. Samozřejmostí je dodržení předepsaných barev vodičů a použití vodičů určených pro síťové napětí s dostatečným průřezem(1,0mm2).

Plastová skříňka musí být pro aplikace se síťovým napětím vyrobena z materiálu ABS, nestačí tedy obyčejná KP 14.

Poznámka: Fotografie osazené desky zdroje přesně neodpovídají zde zveřejněnému osazovacímu plánu, jde o fotografie prototypu. Zároveň se omlouvám za sníženou kvalitu fotografií.

Podklady pro výrobu

Obrazce plošných spojů, schemata a potřebné katalogové listy ve formátu pdf jsou v sekci download pod článkem.

Seznam součástek – deska zdroje

R1

2k2/2W

R2

82R

R3, R24

220R

R4

4k7

R5, R6, R13, R20, R21, R23

10k

R7, R8

1R2/5W RR W5-1R2

R9, R19

2k2

R10

270k

R11, R28

27k

R12, R18

56k

R14

1k5

R15, R16

1k0

R17

33R

R22

3k9

R25

5k (trimr ležatý např. CA9MVK005)

R26, R27

0.47/5W RR W5-0.47R

R29

100k (trimr ležatý např. CA9MVK100)



C1

4700uF/50V nebo C10, C11

C2, C3

47uF/50V

C4

100n

C5

220n CF1

C6, C9

100p

C7

10uF/50V

C8

330p

C10, C11

E2200M/50V (osazovaci varianta místo C1)



D1, D2, D3, D4

1N5408

D5, D6, D9, D10

1N4148

D7, D8

BZX83V005.6

D11

1N4007

D12

LED 5mm cervena 2mA



T1

BC548

T2

2N2219 nebo BC140-16

T3

BC557

T4, T5

2N3055



F1

F6,3A



IO1, IO2, IO3

TL081P



5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15

11ks pajecí špička RTM1

X1, X2

ARK 500/2



P1, P3

PC1621NK010

P2+P4

PC1621NK001

Pojistkové pouzdro

K21SW WITH COVER

Seznam součástek – deska spínače ventilátoru a napájení panelových měřicích přístrojů

R1, R2

10k

R3

1k

R4

10k (trimr ležatý např. CA9MVK010)

R5

4k7

R6

1M5



D1, D2

B250C1000DIL

D3

1N4007



C1, C2

470uF/25V

C3, C4, C5, C6

100n



F1

50mA (MST2-00,050)



IO1

LM358N

IO2, IO3

7809



T1

BC338, BC337



X1, X2, X3, X4, X5

ARK500/2



TR1

2x 12V 120mA (TRHEI030-2X12V)

Teplotní čidlo

KTY10

Patice pojistky

KS-SH166

Mechanické díly a ostatní součástky

Tr1 -toroidní transformátor

120VA 2x22V 95x47mm, (WLT120-22-2)

Chladič pro T4, T5

V7144

Chladič malý vějířovitý pro T2


Distanční sloupky 45mm mosazné

DA5M3X45 4ks

Distanční sloupky 6mm nylon

KDA6M3X06W 4ks

Distanční sloupky 10mm nylon

KDA6M3X06W 4ks



Modul panelového měřidla

HD-3129 2ks

Ventilátor 50x50x10mm, 12V

KDE1205PFV1

Euro konektor (vidlice na panel)

GSD3

Knoflíky na potenciometry

P-S4824A 2ks, P-S4818A 2ks

Vypínač kolébkový dvoupólový s podsvětlením 230V

např.: P-H8553VB01-R

Pojistkové pouzdro na panel

PTF 70

Mřížka k ventilátoru

LFTG1206

Krabička

KP14 ABS

Značení součástek bylo převzato z katalogu GM electronic. "

 

 

Komentáře

Přidat komentář

Přehled komentářů

schema

(Tomáš, 20. 1. 2021 17:12)

Dobrý den,
chtěl bych se zeptat jestli by bylo možné zaslat schéma zapojení v orcadu na mail T.o.m.a.s.e@seznam.cz
Předem díky

informace

(daniel, 19. 11. 2019 22:44)

dobry den chci se zeptat jestli by jste mohl poslat schema zapojeni na eaglu
na email: daniel01@seznam.cz
dekuji moc

Создаю копии сайтов от 500 рублей за лендинг

(Neoosix, 3. 11. 2019 21:44)

Здесь вы можете заказать копию любого сайта под ключ, недорого и качественно, при этом не тратя свое время на различные программы и фриланс-сервисы.

Клонированию подлежат сайты как на конструкторах, так и на движках:
- Tilda (Тильда)
- Wix (Викс)
- Joomla (Джумла)
- Wordpress (Вордпресс)
- Bitrix (Битрикс)
и т.д.
телефон 8-996-725-20-75 звоните пишите viber watsapp
Копируются не только одностраничные сайты на подобии Landing Page, но и многостраничные. Создается полная копия сайта и настраиваются формы для отправки заявок и сообщений. Кроме того, подключается админка (админ панель), позволяющая редактировать код сайта, изменять текст, загружать изображения и документы.

Здесь вы получите весь комплекс услуг по копированию, разработке и продвижению сайта в Яндексе и Google.

Хотите узнать сколько стоит сделать копию сайта?
напишите нам
8-996-725-20-75 звоните пишите viber watsapp

Eagle

(Skalla, 22. 9. 2016 13:01)

Mohl bych poprosit jestli by bylo možné zaslat mi schéma v easglu/orCADU.
Na lakais@seznam.cz
Děkuji

Výstupní relé

(Lubik, 12. 11. 2013 12:06)

Napadlo mne doplnit zdroj o relé na výstupu, které by mělo dvě funkce.
Za prvé by se dalo stiskem tlačítka zapínat/vypínat výstupní svorky.
Za druhé by automaticky odpojovalo výstup v případě dlouhodobého přetížení koncových tranzistorů. Vyhodnocovat by se dala teplota chladiče, max výstupní proud po určitý čas, nebo obojí. Přičemž znovu nahození výstupu by bylo pro větší bezpečnost podmíněno stiskem tlačítka.

Eagle

(Radas, 15. 10. 2013 18:47)

Zdravím,

Chtěl bych poprosit zda by bylo možné mi zaslat soubory v Eaglu můj email je majkus.radek@gmail.com

Díky :)

tištěné spoje

(Jan Barták, 29. 5. 2012 15:40)

Dobrý den,
chtěl bych vás poprosit jestli by jste mi prosím poslal soubor, kde je velikost tištěného spoje 1:1 s velikostí součástek. Můj email je bartak270@seznam.cz
Předem děkuji.

DPS

(Marko, 17. 4. 2012 19:49)

Nevšiml jsem si tam rozmery DPS. Jaké jsou ?

Trandy

(Kovas, 24. 5. 2011 14:45)

Dobrý, ale těch trandů z GM bych se vyvaroval, bůhví co to je. Jinak se na to dají využít i KUčka, nebo já tam mám KD503. Zdroj chodí, já mám postavenou malinko odlišnou verzi, svůj účel ovšem bohatě splní. Vynikající poěr cena/výkon.

Re: Trandy

(venca, 18. 11. 2011 13:17)

koukal jsem na soubory DPS v Eagle a zajímalo by mě proč máte stranu součástek namalovanou modrou barvou? tou se snad značí strana spojů né? stana součstek se maluje červeně "barva TOP" Když to je namalované správnými barvami a správně barvy nastavené, stačí kliknout na tlačítko převrátit desku (Mirror board) a ona se otočí na stranu spojů v modré barvě "bottom" vidět budou jen spoje a plošky.

To Kovas:

(Volta, 11. 6. 2011 11:18)

Nejsou to moje autentické fotky, nýbrž z háwé.
Já bych tam taky trandy z GM/E/ nedal ;)