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

a s "umělou nulou"

Stará verze zdroje je zde

 

Zkráceně to, co je popsáno u staré verze zdroje: ke stavbě mě vedlo to, že jsem potřeboval výkonný zdroj, který by zároveň neprotopil 300W tepla na chladičích, což by se špatně chladilo. Jediné řešení je tedy spínaný zdroj a za ním zařazená lineární regulace, čímž se dosáhne vyšší účinnosti.

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

 

Blokové schéma

Laboratory power supply block schematic

Celý laboratorní zdroj obsahuje 6 základních částí - 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 a regulační části), zdroj obdélníkového napětí (s IR2153), tepelné ochrany, line splitter ("umělá nula") a nakonec regulační část.

K jednotlivým součástem:

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 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), druhý je umístěn na chladiči výkonového tranzistoru regulační části a třetí je umístěn na chladiči výkonových tranzistorů line splitteru.

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 lineární regulaci.

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 lineární regulace (sekundár 16V/0.8A). Stabilizátor X3 a X2 potřebují chladič přibližně 20K/W (v GME 620-021), X1 potřebuje větší chladič - 12K/W (v GME např.620-031).

Tepelné ochrany

Thermal protection

R2 je termistor 12K (v GME 118-044) umístěný na chladiči line splitteru. VR2  nastavuje teploty při které spíná ventilátor na chladiči line splitteru a VR1 nastavuje teplotu, při které se sníží maximální proud nastavený na lineární regulaci. R19 je termistor umístěný na chladiči lineární regulace, jedna se o stejný termistor jako R2. VR3 nastavuje teplotu při které se sepne ventilátor na chladiči lineární regulace a ventilátor umístěný na zadní stěně skříně a VR4 nastavuje teplotu při níž začne ATX zdroj omezovat dodávaný výkon. LED1 signalizuje omezení výkonu ATX zdroje, LED2 signalizuje omezení proudu lineární regulace vlivem přehřívání line splitteru, ventilátory jsou na 12V.

 

 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

Je to vesměs poměrně klasická konstrukce, původní zapojení jsem nyní nahradil jiným zapojením, kde není zem přerušená odporem a kde je jako regulační prvek tranzistor N-MOSFET.

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 IRFP4110, který se jeví jako nejvhodnější (malý tepelný i elektrický odpor), operační zesilovače jsou LM358, které se též jeví jako nejvhodnější kvůli tomu, že na jeho vstupech může být napetí od nuly. 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. Přepínačem S1 je možné přepínat mezi zobrazením aktuálního proudu a nastaveným proudovým limitem. Přepínačem S2 se přepíná mezi zobrazením napětí celkového a napětím kladné "větve".

IRFP4110 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. Na chladiči je umístěn termistor - viz tepelné ochrany.

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 0mA. Při nastavení minimálního proudu a minimálního napětí je na výstupu zdroje malé záporné napětí - cca 0.1V.

DPS lineární regulace

 

Line splitter

Line splitter

Jedná se o jednoduché zapojení, je to vlastně operační zesilovač s velkým výkonem, POT1 nastavuje napětí "nuly" (SPL-0) relativně vůči R+ a R-. Q1 a Q2 jsou na společném chladiči, zem pomocného napětí 12V je spojena s R+, VR1 se nastaví tak, aby napětí na X1 nepřesáhlo 32V v případě, že mezi R+ a R- je více než 20V.

Splitter má sice tepelnou ochranu Q1 a Q2, nicméně proud tranzistory není omezen, takže je možné tranzistory zničit relativně snadno. Z tohoto důvodu je vhodné vždy nastavit maximální proud na lineární regulaci tak, aby se tranzistory nezničily. S chladičem 0.7K/W je maximální ztráta na tranzistoru 40W, takže pokud si na lineární regulaci nastavím 30V a na splitteru +10V a -20V, tak maximální bezpečný proud je 40W/max(|+10|;|-20|)=2A.

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, 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 (3V), 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.

Na schematu napravo od TL494 je proudová ochrana zdroje, CTX1 je proudový transformátor - u mě toroid T10 1:30 závitů. Konkrétní hodnoty odporů R16, R15, VR1 je potřeba přizpůsobit použitému proudovému transformátoru. VR1 nastavuje proud, při kterém dojde k aktivaci proudové ochrany. R14, D7 a C8 tvoří soft-start zamezující aktivaci proudové ochrany při sepnutí 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), R10 slouží jako zátěž zamezující nadměrnému růstu napětí naprázdno, některé zdroje dávají naprázdno jen 30V, takže tento odpor nepotřebují, můj ATX zdroj dává naprázdno 50V, takže tento odpor je nutný, přesnou hodnotu je třeba vyzkoušet. 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