English  Chinese  Español   Japanese   Portugalsky   Deutsch   العربية   Français   Русский   

Amarok

Moje motorka

Návody

Download

 

Guestbook

 

 

Laboratorní zdroj 0-30V/0-10A

 se zdrojem obdélníkového napětí 20Hz - 325KHz

Nová verze zdroje je zde

 

Dlouhou dobu jsem k napájení mnoha zařízení používal starý AT zdroj popřípadě 9V baterii, pak mě to přestalo bavit a rozhodl jsem se udělat nějaký laboratorní zdroj. Požadavky jsem si dal docela vysoké, a to 0-30V/0-10A. Sehnal jsem si trafo 24V/10A a začal jsem stavět, narazil jsem na problém, že musím na chladiči protopit 240W, což "nešlo". Na elektroworldu jsem se trochu poptal a rozhodl jsem se pro tyristorovou před-regulaci, jenže když jsem odebíral 5A stejnosměrných, tak transformátorem procházel efektivní střídavý proud 30A. Už mi nezbývalo nic jiného než spínaný zdroj, nebo zapomenout na tak výkonný laboratorní zdroj. Tudíž jsem vzal starý AT zdroj 200W, trochu ho předělal tak, aby dával až 35V (ve skutečnosti dává o 3 až 5V více než je na výstupu zdroje, tudíž výkonová ztráta na výkonovém tranzistoru při 10A je jen 50W), dodělal jsem k tomu pomocné zdroje a protože bylo ještě v bedně místo, tak jsem udělal generátor obdélníku (který se hodí např. pro zjištění poměru závitů primár/sekundár u neznámých transformátorů, k změření hysterezní křivky atd.).

 

Proč jsem vlastně použil spínaný zdroj se sledováním výstupního napětí? Odpověď je jednoduchá - na regulačním tranzistoru je vždy 5V úbytek, takže pokud z výstupu odebírám 1V/10A, tak je ztráta na tranzistoru 50W (u obyčejného zdroje s trafem by to bylo zhruba 300W, což se špatně chladí) díky čemuž má zdroj lepší účinnost.

Část "lineární regulace" se dá samozřejmě použít samostatně. Po připojení transformátoru, usměrnění a filtrace (a zdroje záporného předpětí) může tato část sloužit jako malý laboratorní zdroj.

 

Blokové schéma

Laboratory power supply block schematic

Celý laboratorní zdroj obsahuje 4 základní části - výkonový zdroj nízkého napětí (ATX zdroj s TL494 upravený na výstupní napětí 5 až 35V/max.350W/max.14A), pomocný zdroj (pro napájení panelových měřidel, zdroje obdélníku, ventilátorů, dále ještě vytváří záporné napětí pro regulační část), zdroj obdélníkového napětí (s IR2153) a nakonec regulační část.

K jednotlivým součástím:

Měřící přístroj PM1 je ten nejobyčejnější měřák, který se dá sehnat (v GME ho mají pod skladovým číslem 723-053, pro účely tohoto zdroje je třeba ho rozdělat a odstranit předřadný odpor - tím vznikne měřák s rozsahem 0.5V/2mA, dále je potřeba vytvořit novou stupnici ). Můžete ho nahradit dalším digitální měřákem, ale podle mě je to na tomto místě zbytečnost.

Ventilátory jsou na 12V, jeden tichý ventilátor průměru 80mm je umístěn v zadní stěně skříně (v přední části je ve dně vyvrtáno cca 10 otvorů průměru 12mm které společně s tímto ventilátorem zajišťují dostatečné proudění vzduchu) a druhý je umístěn na chladiči výkonového tranzistoru regulační části.

Měřáky DM1 a DM2 jsou běžné LCD/LED měřáky s rozsahem 200.0mV, jeden měří proud a druhý napětí.

 

 Pomocný zdroj

Auxiliary voltage supply schematic

Pomocný zdroj vytváří napětí pro digitální měřáky, ventilátory, IR2153 a záporné napětí pro operační zesilovače.

Napětí pro digitální měřáky musí být pro každý měřák zvlášť (dvě galvanicky oddělená napětí). Ideální by bylo, kdyby měl každý zdroj měřáku svůj transformátor (není to úplná nutnost, ale použití jednoho transformátoru s více sekundáry může dělat problémy), transformátory mohou být jakéhokoliv výkonu (0.35VA stačí).

Druhý transformátor slouží k napájení zdroje obdélníkového napětí (sekundár 16V/0.2A) a k napájení ventilátorů a operačních zesilovačů (sekundár 16V/0.6A). Kondenzátor C6 musí mít tak velkou kapacitu, aby napětí na 7805 nespadlo pod 3V dříve, než se vybijí kondenzátory na sekundáru výkonového zdroje, pokud bude mít C6 nedostatečnou kapacitu, tak se po vypnutí zdroje mezi R+ a R- objeví plných 35V (výstup ATX zdroje), což dokáže zlikvidovat téměř jakékoli připojené zařízení (C6 má dostatečnou kapacitu když: napětí nastavíme potenciometrem na minimum a na výstup se připojí LED v sérii s odporem 1K a následně se zdroj vypne, LEDka by neměla bliknout, preventivě doporučuji dát kapacitu dvojnásobnou než je minimum, kdy LEDka neblikne). Stabilizátor X3 a X2 potřebují chladič přibližně 20K/W (v GME 620-021), X1 potřebuje větší chladič - 12K/W (v GME např.620-031)

 

 Zdroj obdélníkového napětí

Power square wave supply schematic

Není to nic jiného než IR2153 v téměř katalogovém zapojení. MOSFETy mohou být prakticky jakékoliv, avšak IRFP250 mají nízký odpor a zároveň a vysoké napětí D-S (200V/0.075Ohm/30A), díky čemuž jsou velmi vhodné. NTC termistor je 10K (118-010) a je umístěn na chladiči společně s MOSFETy (MOSFETy mají izolační podložku, chladič je uzemněn, NTC je od chladiče taky odizolován), trimrem Trim2 se nastaví teplota, při které IR2153 vypíná (např.80°C). Chladič MOSFETů může být různý, podle toho jaký bude mít tepelný odpor bude možné ze zdroje odebírat různý proud (já použil chladič 3K/W a ten umožňuje dodávat do zátěže proud až 20Arms, ale to už je proud dost velký i pro samotné MOSFETy), s chladičem 10K/W by bylo možné dodávat proud až 5Arms. Útlumový RC článek (R5+C3 a R6+C4) je třeba dát co nejblíže k MOSFETům. Kombinace přepínače S2, trimru1 a kondenzátorů C1 až C16 přepínaných pomocí otočného přepínače 1x12 zajišťuje to, že je možné zvolit libovolnou frekvenci v rozsahu od 20Hz do 325KHz. Frekvence se spočítá dle vztahu f=ln(2)/(R*C). Trim1 je 10-ti otáčkový trimr (stačí obyčejný, ale pak se špatně nastavuje přesná požadovaná frekvence), který je připevněn k ose z "mrtvého potenciometru" a tím tvoří levný 10-ti otáčkový potenciometr. Spínačem S4 se spíná relé, které na vstup IR2153 přivede buď regulované napětí, nebo napětí přivedené externě (např. z akumulátoru), v přívodu regulovaného napětí je filtr a kondenzátor, který chrání regulovaný zdroj před napěťovými špičkami v případě indukční zátěže.

 

 Lineární regulace

Laboratory power supply linear regulation schematic

Původním plánem bylo využít zapojení, které bylo uveřejněno na HW.cz, ale po zjištění, že se s teplotou mění napětí o jednotky procent (díky zenerce) jsem vymyslel "svoje zapojení", není to však nic neobvyklého, je to vesměs poměrně klasická konstrukce.

Jako zdroj referenčního napětí jsem použil napěťovou referenci TL431 (největší rozdíl referenčního napětí je 0.2% v celém rozsahu pracovní teploty). Výkonový regulační tranzistor je BDW83C, který se jeví jako nejvhodnější (velké zesílení, malý tepelný odpor), operační zesilovače jsou NE5532, které se též jeví jako nejvhodnější kvůli velkému rozsahu napájecího napětí, z každého OZ je využita vždy jen jedna polovina (možno použít NE5534), nepoužité vstupy jsou spojeny s H-G1. X1 slouží jako regulátor napětí a X2 omezuje proud, VR1 nastavuje napětí hrubě, VR4 jemně, VR2 nastavuje hrubě proud a VR3 nastavuje proud jemně. Pomocí Trim2 se nastaví maximální proud a pomocí Trim1 se nastaví maximální napětí. LED1 signalizuje omezení proudu, doporučuji použít vysocesvítivou, protože např.nastavím 10V a limit 1A, připojím odpor 9.9Ohm, omezení sice funguje, ale dioda svítí slabě, když připojím odpor 9ohm, tak už svítí naplno. Přepínačem S1 je možné přepínat mezi zobrazením aktuálního proudu a nastaveným proudovým limitem.

BDW83C musí být na dostatečném chladiči, já použil starší CPU chladič (pasivně 1.5K/W a s ventilátorem 0.6K/W), ventilátor není téměř potřeba, pouze při dlouhodobém vysokém odběru proudu je potřeba jistý průtok vzduchu. Já jsem na chladič připevnil termistor a při 50°C se na ventilátoru zvýší napětí z 5V na plných 12V, navíc tam mám ještě druhou tepelnou pojistku, která v případě potřeby omezí výstupní výkon, ta se však jeví jako naprosto zbytečná a ve schématu není zakreslená, teplotní regulace ventilátoru tam též není. Naprosto dostačující je dát do série s ventilátorem rezistor tak, aby na ventilátoru bylo napětí cca 8V, což zajistí potřebné snížení tepelného odporu chladiče (popř.připojit ventilátor na 12V a smířit se s hlukem).

Na výstupu celého zdroje je rušivé napětí (víceméně jen zvlnění od spínaného zdroje) o velikost 1.2mV špička-špička, frekvence tohoto zvlnění je cca 30kHz (tzn.frekvence ATX zdroje), minimální omezení proudu je cca 5mA.

 

Výkonový zdroj (ATX s TL494)

Laboratory power supply power supply schematic

Jedná se o obdobu úpravy ATX zdroje popsané zde. Ve schématu je zakresleno pouze to, co je ve zdroji nové (kromě transformátoru a TL494, to je původní). Veškerá výkonová část na sekundáru (filtrační kondenzátory, diody a indukčnosti) se musí odstranit. Veškeré cesty vedoucí od transformátoru se musí přerušit (včetně středního vývodu, který je vyveden o něco dál od transformátoru), to platí pokud má zdroj zabudovaný pomocný zdroj (99% ATX zdrojů), pokud tam pomocný zdroj není (jako to bylo u mě), tak je potřeba ponechat jednu diodu kvůli napájení TL494. Celý ATX zdroj má zpětnou vazbu (opticky) tak, že na jeho výstupu je vždy napětí větší než na výstupních svorkách zdroje a je větší o hodnotu zenerova napětí (5.1V), zajišťují to Q1, D6, R6, R4 a U3. U2 a D5 se starají o to, aby napětí nepřekročilo 36V. Výstupy optočlenů neobvykle mění napětí na DEADTIME a tím i výstupní napětí (střídu), C1 a R2 tvoří RC článek který zamezuje kmitání zdroje. S1 přepíná zobrazení na panelovém měřáku mezi napětím a proudem. Usměrňovací můstek z BYW29-200 je připojen na koncové vývody 12V vinutí, to ale nebývá takto na "krajích" transformátoru, ale tyto vývody jsou u sebe (přesná poloha se pozná podle původního zapojení, může to vypadat třeba takto). Optočleny mohou být libovolné, L1 je tlumivka alespoň 10uH (jádro musí snést aslespoň dvojnásobek stejnosměrného proudu), zenerka D5 nastavuje maximální napětí, Trim1 nastavuje minimální střídu (příliš malou střídu některé zdroje nepřežijí, střída se nastaví tak, aby naprázdno bylo napětí na výstupu ATX zdroje cca 35V), PTC termistor (za studena 10R) je disk např. z monitoru který je umístěn na chladiči 10 až 15K/W a zajišťuje 5W zátěž při jakémkoliv napětí. Celý doplněk je umístěn mimo desku ATX zdroje (na původní desce není místo). Diodový můstek je na chladiči 5K/W + izolační podložky, nebo každá dioda na chladiči 15K/W (v GME např.620-031)

  

Moje provedení laboratorního zdroje 0-30V/0-10A

Laboratory power supply

 

 

Autor: Luboš "Amarokcz" Stříteský