Jste zde

Konstrukce laboratorního zdroje 0 - 30V / 0 - 5A

Tento laboratorní zdroj se řadí mezi jedny z nejčastějších a nejoblíbenějších konstrukcí laboratorních napájecích zdrojů. V obvodech tohoto zdroje je použit známý a populární integrovaný obvod LM317T, který je navíc posílen výkonovým tranzistorem a tím je zajištěn větší dovolený proudový odběr. Zdroj je doplněn o digitální měřidlo s obvodem ICL7106 a LCD displejem.

I v dnešní době masivního nástupu spínaných zrojů jsou pro laboratorní účely tyto lineární zdroje stále v oblibě a to zejména pro nepatrný a tím i snadno odstranitelný podíl rušivých napětí. V amatérské praxi přistupuje ještě výhoda absence speciálního transformátoru.

Parametry / Technické údaje

  • Výstupní napětí 0 – 30V (nejnižší dosažitelná hodnota 1,2V – dáno vlastnostmi IO LM317T)
  • Proudové omezení 0 – 5A (dosažení proudového omezení indikováno LED)
  • Vstupní napětí 25 – 35V stř. / 30 – 40V ss.
  • Max. výkon zdroje 150W (Uvyst 30V / Ivyst 5A)
  • Max. dovolený ztrátový výkon 200W – tranzistor MJ4502 (90V, 30A, 200W, TO3)
  • Zvlnění p = 1,25%
  • Měřící přístroj s IO ICL7106 / ICL7107 (napětí, proud ), přesnost měření 1%, LCD / LED
  • LM317T (Uvyst +1,2V až +37V, Ivyst 1,5A, tolerance 4%, Umax 40V)
  • Chladič pro polovodiče CHL37/140BLK (120 x 37 x 140 mm, Rth 1,3K/W, BLK)
  • Chladič doplněn o ventilátor CH80S – 12M (80 x 80 x 25 mm, U = 12V, 2400ot./min.)

Popis napájecího zdroje

Ve zdroji je použit integrovaný obvod LM317T, který je ústředním členem regulačního obvodu. Tento obvod byl vybrán z důvodu jeho kvality regulace, ceny a parametrů. Tento stabilizátor má napěťový rozsah +1,2V až +37V a dovolené proudové zatížení 1,5A při toleranci výstupního napětí 4%. Z tohoto důvodu byl posílen výkonovým tranzistorem MJ4502 s parametry (90V, 30A, 200W, TO3 ), tento tranzistor je další široká cesta pro průchod proudu zdrojem. Pro nižší výkony vyhoví tranzistor BD250B ( 80V, 25A, 125W, SOT93 ).

U těchto tranzistorůje hlavní podmínkou pro průchod velkých proudu kvalitní chlazení, v tomto případě použití chladiče CHL37D/140 BLK, tento chladič má rozměry 120 x 37 x 140 a tepelný odpor Rth 1,3K/W. Chladič je doplněn o ventilátor typu CH80S-12M, který zajistí lepší odvod tepla . Ventilátorzajistí lepší cirkulaci vzduchu mezi žebry chladiče a tím pádem je ztrátový výkon vyzářený chladičem větší. Ventilátor je vhodné umístit alespoň 5mm nad úroveň žeber chladiče, aby docházelo ke správnému průtoku vzduchu mezi žebry. Ventilátor je vhodné umístit tak aby chladič byl vzduchem ofukován protože tím zamezíme tepelnému namáhání ventilátoru teplým vzduchem.

 CHL37D/140 BLK;  Šířka120mm;  Délka140mm; Výška37mm

K připevnění polovodičovýchprvků použijeme šrouby, které dostatečně dotáhneme aby byl co nejlepší kontakt mezi chladičem a polovodičovým prvkem. Pro zlepšení tepelné vodivosti natřeme kontaktní plochy teplovodnou pastou na chladiče, nezapomeneme na slídovou podložku pod tranzistor. Na obr. 2 je nákres umístěníventilátoru na chladiči a znázornění toku vzduchu. (Zvolené uspořádání není optimální, protože protože boky chladiče nejsou ofukovány. Vhodnější by byl chladič tvaru U s několika žebry. - poznámka redakce)

Ve zdroji je použit také usměrňovací můstek typu KBPC2506F (600V, 25A, pouzdro KBPC) s vývody FASTON 6,3. Na tomto můstku vzniká také ztrátové teplo a tak je vhodné umístit tento můstek na chladič spolu s výkonovým tranzistorem. Pod diodový můstek můžeme dát také trochu teplovodné pasty pro snížení tepelného odporu. Na obr. 3 je nákres diodového můstkua tranzistoru.

Diodový můstek KBPC2506F Pouzdra výkonových tranzistoru BD250B a MJ4502

Tranzistor a diodový můstek jsou připojeny k desce plošných spojů dostatečně silnými vodiči, které jsou zakončeny konektory typu FASTON 6,3. tyto vodiče by měli být alespoň takového průřezu, aby byly dimenzovány na proud 5A..

Ve zdroji je použit výkonový transformátor toroidního typu s výkonem 200W a výstupním napětím 29V. Je možné použít také klasický transformátor EI s výkonem 200W a výstupním napětím 30V. Pro nižší výkony dostačuje verze ze 100W transformátorem, na úkor snížení výstupního proudu

Parametry:
U1………230V
U2………29V
I1……….1,084A
I2……….6,896A
Rozměry:f115mm , 52mm

 Z transformátoru vedeme napětí do desky plošných spojů na svorkovnici CKK5/2, následuje pojistka v pouzdře PP6 s hodnotou F15A, hodnota pojistky byla zvolena z důvodu nabíjeníelektrolytickýchfiltračních kondenzátorů tak vysoká, protože při zapnutí přístroje teče mnohonásobně vyšší proud než při normálním provozu. Pro zamezení velkých počátečních proudůlze vhodně využít zapojení termistoru do obvodu primárního vinutí. Termistor má při zapnutí velký odpor, který se při zvýšení teploty způsobené průchodem proudu zmenší na minimum a potom se už v obvodu neuplatní. Termistor by měl být dimenzován na proud procházející primárním vinutím transformátoru, vhodný typ je např. NTC 3,4A (40Ω, Imax 3,4A ). Stav pojistky F15A je signalizován LED (jestliže je v pořádku svítí LED a naopak je-li pojistka přerušená tak LED nesvítí ). Dále je vedeno napětí na diodový můstek KBPC2506F, který je umístěny na chladiči. Z můstku je vedeno usměrněné napětí na nabíjecí filtrační kondenzátory kde se toto napětí vyfiltruje. Hodnota kondenzátorů byla zvolena 10mF/50V, je možno použít také dva kondenzátory s kapacitou 4,7mF/50V. Za těmito kondenzátory se nachází druhá pojistkaPP6 F10A, která chrání zdroj proti přetížení při zkratu a proti zničení elektrolytických kondenzátorů. Obě pojistky jsou umístěny v pouzdru DP10 P, každá pojistka je doplněna o indikační LED, která informuje o přerušení pojistky. Pro funkci proudové pojistky potřebujeme zdroj záporného napětí pro operační zesilovač. Záporné napětí získáme za pomocí měniče, který je složen ze dvou kondenzátorů a dvou usměrňovacích diod, následuje stabilizátor se zenerovou diodou.

Dále se v obvodu nachází odpor s hodnotou 36Ω, kterým snímáme procházející proud do stabilizátoru. Při překročení hodnoty proudu danou hodnotou odporu vznikne na rezistoru úbytek napětí, který zajistí otevření tranzistoru MJ4502 a tím je umožněna další cesta pro průchod proudu. S hodnotou odporu 36W se tranzistor otevírá při průtoku 100 – 200mA. Díky tomuto zapojení není nutno stabilizátor LM317T umístit na chladič, protože na něm nevzniká téměř žádné ztrátové teplo. Za tranzistorem je umístěn výkonový rezistor s hodnotou 0,22Ω s výkonovým zatížením 7W. Tento rezistor slouží pro zjišťování výstupního proudu protékajícího do zátěže a také zde odebíráme informaci pro nasazení proudové pojistky a rovněž zde snímáme úbytek napětí, který pak vedeme přes trimr, který slouží pro kalibraci měřícího přístroje.

Tento laboratorní přístroj je vybaven proudovou pojistkou, která je tvořena operačním zesilovačem typu LM741. Operační zesilovač typu 741 je zcela běžný a pracuje v zapojení rozdílového zesilovač. Na jeho vstupy přichází dvě nepatrně se lišící napětí stejné polarity. První napětí přichází přímo ze stabilizátoru a druhé napětí přichází až za rezistorem 0,22Ω. Dá se říct, že jde o vyhodnocení úbytku napětí na rezistoru 0,22Ω. Tento úbytek napětí je přiveden na OZ kde je zesílen 10 – 100 krát (dáno nastavením potenciometrů ). Trimrem 47kΩ/PT10LV nastavíme při oživování zdroje hodnotu proudového omezení. Pro nastavení proudového omezení slouží potenciometr P2a a P2b. Byly zvoleny dva potenciometry, jeden pro hrubé nastavení (FINE) a druhý pro jemné nastavení (COARSE). Toto řešení bylo zvoleno z důvodu ceny 10 otáčkových potenciometrů. Pro indikaci nasazení proudové pojistky byla použita nízkopříkonová LED červené barvy připojená na výstup operačního zesilovače.

Výstupní napětí laboratorního zdroje se nastavuje za pomocí dvou potenciometrů P1a a P1b, jeden pro hrubé nastavení (FINE) a druhý pro jemné nastavení (COARSE ). U regulace napětí doporučuji ponechat dva potenciometry aby nastavení hodnoty napětí nebylo obtížné. U nastavení proudového omezení je možno vynechat potenciometr pro jemné nastavení, nastavení proudového omezení není tak kritické.

Na výstupu zdroje je antiparalerně dioda P600B, která slouží k ochraně před připojením napětí opačné polarity na výstup zdroje. Za touto diodou se nachází pojistka typu PP6 F6,3A, která se přepálí při připojení napětí opačné polarity. Výstupní napětí zdroje je vyvedeno na svorkovnici typu CKK5/2 a dále pak na panel přístroje kde jsou příslušné konektory. (Doporučujeme zvážit použití pojistek typu T (pomalé) na místě F (rychlé). Ty jsou právě určeny pro případy krátkodobého vyššího proudu jako je nabíjení kapacit a podobně. Jejich jmenovitý proud pak může odpovídat běžnému zatížení, protože při větším přetížení (zkrat) reagují stejně rychle - poznámka redakce)

Popis oživení laboratorního zdroje

Desku je nejprve nutno vizuálně zkontrolovat jestli neobsahuje chyby a zkraty mezi jednotlivými cestami plošného spoje. Po té je vhodné provést pocínování cest plošných spojů, kterými teče velký proud. Tím se zvětší průřez vodivé cesty a nedochází k takovému ohřívaní samotné desky plošných spojů vlivem průchodu značného proudu.

Je nutno opravdu důkladně prohlédnout desku plošných spojů, protože při zkratu by se mohly některé cesty dokonce i vypařit vlivem zkratového proudu, který by protékal. Po této prohlídce a pocínování některých částí desky se můžeme pustit do osazení desky součástkami. Začneme rezistory a nejmenšími díly zdroje a končíme elektrolytickými kondenzátory. Je dobré zkontrolovat po osazení desky zda jsou všechny součástky správně zapájeny a nevznikají na desce zkraty špatným pájením. Při špatné montáži by mohlo dojít k velkým škodám vlivem zkratových proudů. Po dokonalém očištění desky plošných spojů od kalafuny a jiných nečistot můžeme zdroj začít oživovat.

Všechny trimry vytočíme do střední polohy. Nyní můžeme zdroj zapnout. Na výstupu by se mělo objevit napětí. Nyní k výstupu připojíme výkonový rezistor, např. 35Ω/50W nebo jiný, jaký je k dispozici. Potenciometry P2a a P2b vytočíme do koncových poloh a trimrem Tr1 (47kΩ/PT10LV) nastavíme maximální výstupní proud na 5A. Po tomto nastavení se musí dát plynule regulovat proud tekoucí do zátěže. Odpojíme rezistor a vyzkoušíme zda se dá plynule regulovat napětí na výstupu od 1,2V – 30V, odchylky v maximálních a minimálních hodnotách jsou způsobeny vlastnostmi integrovaného obvodu LM317T. Tím je oživení a nastavení laboratorního zdroje u konce a je připraven k používání.


Varování!

Zdroj nezkoušíme bez umístění tranzistoru a můstku na chladiči, v případě připojení tranzistoru bez chladiče by došlo ke zničení tranzistoru vysokou teplotou. Proto je nutné dodržovat postup při konstrukci zdroje. Oživení zdroje provádíme až po kompletním sestavení, jinak může dojít ke zničení některého z dílů zdroje.

Konstrukce zdroje

  • Zkontrolovat deku plošných spojů na výskyt chyb
  • Osazení desky součástkami a konstrukčními díly zdroje
  • Vyčištění DPS od nečistot a kalafuny
  • Připevnit tranzistor a diodový můstek na chladič (použít slídovou podložku pod tranzistor a teplovodnou pastu)
  • Připojit transformátor a prvky na chladiči k DPS dostatečně silnými vodiči
  • Vytočit všechny trimry do střední polohy
  • Oživení přístroje podle popisu výše uvedeného
  • Montáž do přístrojové skříně

Závěrečné testy zdroje

Tento zdroj je vhodné zkušebně zatížit a sledovat zda nepoklesne napětí na výstupu. Je-li tomu tak, tak je na vstupu malé napětí a nebo je transformátor malého výkonu a není schopen při velkém odběru proudu dodávat dostatečně velké napětí.

Dále je vhodné sledovat teplotu chladiče, na kterém je umístěn tranzistor a můstek. Jestliže se bude chladič příliš oteplovat a teplota přesáhne 75°C je nutné zaměnit chladič za větší z nižším teplotním odporem a doplnit o ventilátor. K tomuto případu by ovšem dojít nemělo neboť chladící poměr byl vypočítán. Nakonec zkontrolujeme zda na chladiči probíhá správná a dostatečná cirkulace vzduchu mezi žebry za pomocí ventilátoru. Ventilátor má dostatečný průtok vzduchu, přibližně 52m3/hod. Pokud je vše v pořádku není už potřeba věnovat pozornost tomuto chladiči a polovodičovým prvkům.

Pozn. Pod polovodičové prvky je vhodné umístit teplovodnou pastu, která sníží tepelný odpor mezi polovodičem a chladičem.

Mechanická konstrukce přístroje

Skříňka pro tento laboratorní zdroj by byla vhodná celá z kovu, např. hliníku, ale není vyloučeno použití plastové krabice, která se dá zakoupit a není tak drahá jako kovová.

Nejdůležitějším požadavkem je pečlivé a správné uchycení jednotlivých konstrukčních dílů v krabici. Největší pečlivost věnujeme uchycení transformátoru, u toroidního transformátoru se zalitým středem to nebude problém ale u transformátoru EI se musí transformátor uchytit za pomocí uhelníčků. Z dalšími díly nejsou problémy, jen dáváme pozor při použití kovové krabice, aby se deska plošných spojů nezkratovala o dno krabice. Je dobré věnovat také pozornost uchycení chladiče, tento prvek se dost hřeje, takže by měl být ve vzduchu a v žádném případě ne naležato jinak by docházelo ke špatné cirkulaci vzduchu. U kovové krabice je doporučeno aby se připojila na vodič PE. Tím je zajištěna ochrana proti nebezpečnému dotyku. Pro potřebu je na čelní panel vyvedena svorka označena GND, která je spojena s kostrou přístroje PE.

Krabice a uspořádání konstrukčních dílu v krabici záleží na každém konstruktérovy zvlášť.

V mém případě je použita skříň typu DESKTOP od počítače. Tato přístrojová krabice je naprosto vyhovující. Po obou stranách jsou větrací mřížky (otvory) a tudíž dochází k vlastní, velmi dobré cirkulaci vzduchu.

Síťová část zdroje

Tato část není umístěna na jedné společné desce plošných spojů z důvodu bezpečnosti a ochrany před síťovým napětím. Síťové napětí je přivedeno přes konektor na zadním panelu do dvoupólového vypínače s kontrolní doutnavkou. Z vypínače do desky plošných spojů. Následuje pojistka doplněná o indikátory stavu pojistky. Zelená LED informuje o zapnutém zdroji a zároveň o stavu pojistky (pojistka v pořádku). Pokud dojde k přerušení pojistky zhasne zelená LED a rozsvítí se červená LED. Dále je síťové napětí vyvedeno na svorkovnici typu ARK500/2SV a odtud vedeno do síťového transformátoru. V případě častého kolísání síťového napětí (napěťové špičky), lze zařadit paralelně k výstupu síťové části varistor (na DPS je místo) typu V250LA40 (250V, 6500A, 1000pF),je možno i jiný na napětí 250V. V případě VF rušení a jiného (např. vrtačka), lze paralelně k výstupu zařadit kondenzátor na síťové napětí 100nF/250V~.


Kliknutím na obrázek získáte náhled ve vyšší kvalitě.

Seznam součástek pro síťovou část

R1,R3 1MΩ D1,D2 BZX85/5V6
R2,R4 1kΩ Q1 LED 5mm, G
R5 6,8KΩ Q2 LED 5mm, R
C1,C2 220nF/275V CFAC Vr1 V250LA40
C3 100nF/275V CFAC Tr1 NTC 3,4A
T1 BC639 CONN1,2 ARK500/2SV
F1 PP5 F2A

Napájecí zdroj pro ventilátor a měřící modul

Jelikož je použit ve zdroji ventilátor pro lepší chlazení a odvod tepla z chladiče, tak je potřeba pro tento ventilátor napájecí napětí 12V při odběru 130mA. Dále je z tohoto zdroje napájen měřící modul, který vyžaduje nezávislé napájení vůči hlavnímu transformátoru. Měřící modul vyžaduje Unap 8V až 10V, Inap 1,6mA.

Pro tento zdroj je napětí odebíráno z druhého transformátoru s parametry 2x16V / 2x1,3A, (tento transformátor není potřeba z takovými parametry, ale vyhoví i malý transformátor, který alespoň dodá 12V při proudu 200mA). Za transformátorem následuje klasický zdroj s diodovým můstkem a stabilizátorem.

Je důležité doplnit hlavně zdroj pro měřící modul na výstupu o LED, která zajistí,aby alespoň protékal minimální proud stabilizátorem a docházelo ke stabilizaci.

Lze použít jeden zdroj společný pro ventilátor a měřící modul, a nebo použít dva nezávislé zdroje. Dalo by se uvažovat i o regulaci otáček ventilátoru podle teploty chladiče, ale tato část by příliš prodražovala výrobek a navíc větší průtok vzduchu při nižší teplotě není na škodu. Napájecí zdroj je umístěn na desce plošných spojů laboratorního zdroje. Napětí pro ventilátor a měřící modul je vyvedeno na svorkovnice ARK500/2SV.


Kliknutím na obrázek získáte náhled ve vyšší kvalite

Seznam součástek pro zdroj ventilátoru a měřícího modulu:

C1 2,2mF/25V BR1 B250R
C2,C3 100nF/ker. IO1 7812
R1 470Ω IO2 7809
R2 330Ω Q1,Q2 LED5mm / G
CONN1,2,3 ARK500/2SV


Měřící přístroj (Voltmetr, Ampérmetr)

Před realizací doporučujeme zvážit k jakému účelu budeme měření využívat. Většinou totiž potřebujeme jen rychlou informaci o velikosti proudu a hlavně o jeho změnách. V takovém případě je však digitální displej problikávající třikrát za vteřinu zcela napoužitelný. Daleko lepší je ručkový analogový přístroj který zvládá tyto informace naprosto dokonale. Samozřejmě pro přesné měření musíme použít samostatný přístroj.

Tato jediná konstrukční část se dá nahradit za jinou a to variantu s LCD nebo LED. Tento konstrukční díl se dá zakoupit také jako hotový modul nebo ve formě stavebnice. Rozhodně se jedná o část do které se nemůže pustit každý, neboť je potřeba dobré pájení a znalost práce s obvody CMOS. Ve verzi s LCD je použit integrovaný obvod 7106 a ve verzi s LED obvod 7107. Není nutné použít dva měřící přístroje, ale stačí jeden měřící přístroj a měřenou veličinu je možno přepínat. Tato varianta byla zvolena také jako výchozí. Ze zdroje jsou vyvedeny dva signály jeden s informací proudu a druhy s informací napětí. Na předním panelu si lze vybrat přepínačem, kterou veličinu chceme zobrazit, vedle display jsou dvě LED, jedna signalizuje měření proudua druhá měření napětí.

Také je v této konstrukci použito zakoupeného modulu měřícíhouniverzálního přístroje s následujícími parametry: (Unap 8V až 10V, Inap 1,6mA, Rozsah +/- 200mV). K tomuto měřícímu přístroji lze zakoupit na displej na přední panel krycí rámečeka čelní plexisklo. Tento modul měřícího přístroje nabízí např. firma EZK. Pro zájemce o vlastní stavbuměřidla lze doporučit literaturu Poznáváme Elektroniku III.

Upozornění!

Pro měřící přístroj je nutno použít samostatný nezávislý zdroj a to zejména protže když měříme proud, došlo by ke zkratuak zničení měřících obvodu. Jako zdroj stačí každý malý transformátor neboť měřící přístroj má vlastní odběr Imax 1,6mA. Za transformátorem jednoduchý usměrňovač tvořený 4 diodami 1N4001 a filtrační kondenzátor s kapacitou 1mF/25V. Dále pak monolitický stabilizátor 78L09.

Na obr. 4 je schéma zapojení měřícího přístroje.

Zapojení kontaktu označených na schématu
1,2
3,4
1a,1b
2a,2b
3a,3b
Q1
Q2
1a,1b
2a,2b
Napájení PMV7106+Ucc 9V
Měřící svorky Uin +/- 200mV
slouží pro měření napětí
slouží pro měření proudu
zvolený stav měření
měření napětí
měření proudu
zapojeno na výstup zdroje
zapojeno na snímací rezistor0,22W / 7W

Před kontakty 1a,1b a 2a,2b jsou zařazeny trimry pro kalibraci. Stav měření je signalizován příslušnou LED Q1 pro měření napětí nebo Q2 pro měření proudu.

Volba transformátoru

Transformátor může být proveden s jádrem toroidního typu nebo klasické provedení s EI plechy. U tohoto transformátoru musíme dbát především na bezpečnost a spolehlivost. Je vhodné také tento transformátor předimenzovat. Transformátor se nebude alespoň tolik přehřívat.

Parametry / technické údaje

Bohužel chybí základní údaj o použitém jádru. Podle výkonu lze odhadnou že se jedná o EI40×32, tedy šířka sloupce 40, výška 32 tomu odpovídá celková šířka trafa 120 mm

Příkon 185VA Počet závitů Primár 845
Výkon 150W Počet závitů Sekundár 110
Primární napětí 230V Průměr vodiče Primár .0,58
Sekundární napětí 30V Průměr vodiče Sekundár 1,60
Primární proud 0,8A
Sekundární proud 5A
Počet závitů / 1V 3,67
Šířka sloupku 12.25


Blokové schéma


Provedení předního panelu


Tento obrázek ukazuje případné řešení předního panelu, avšak berte jej jen jako ukázkový. Přesto se řadí mezi profesionálně provedené. Na obrázku je vidět v levém horním rohu hlavní vypínač, vedle něj sadu indikačních LED Ve spodní části jsou umístěny konektorové zdířky pro banánky a také potenciometry. Potenciometr označeny ROTATE slouží k nastavení otáček motoru vrtačky. Potenciometry označené CURRENT slouží pro proudové nastavení zdroje a potenciometry označené VOLTAGE slouží pro nastavení výstupního napětí. V pravém horním rohu se nachází display měřícího přístroje, pod ním je umístěna LED pro indikaci proudové ochrany. Vedle display je tlačítko pro volbu měření proudu či napětí, zvolená poloha je indikovaná LED.

Závěr

Tento zdroj se vyrovná i profesionálním přístrojům jak funkčností, parametry, tak i vzhledem. Stabilizace tohoto napájecího zdroje je vynikající, proudová rezerva je dostatečná a přesnost měření je velmi dobrá a to jsou vlastně nároky na kvalitní laboratorní zdroj.

Schéma vstupní části laboratorního zdroje


Seznam součástek pro vstupní část laboratorního zdroje:

R1,R2 1k8 BR1 KBPC2506F
R3 1k0 D1,D2,D3 1N4001
C1,C2 4,7mF/50V D4 BZX85/8V2
C3 100nF/ker. F1 PP6 F15A
C4,C5 47mF/50V F2PP6 F10A
TR1 200VA/30V/6,5A Q1,Q2 LED 5mm, R

Schéma hlavní části laboratorního zdroje


Seznam součástek pro hlavní část laboratorního zdroje:

R1 36Ω T1 MJ4502
R2 0,22Ω D1,D2 1N4001
R3,R5 220Ω D3 P600B
R4 680Ω IO1 LM317T
R6 10kΩ IO2 LM741
R7 8k2 Q1 LED 5mm, R
R8 47kΩ/PT10LV F1 PP6 F6,3A
C1 10µF/50V CONN1 CKK5/2
C2 1,5nF/ker. P1a 5kΩ/lin.
C3 1mF/50V P1b 500Ω/lin.
C4 470mF/50V P2a 10kΩ/lin.
CHL CHL37/140 BLK P2b 1kΩ/lin.

Nákres ventilátoru a rozměry

Popis zdroje 5V/1A a 12V/1A

Jak bylo vidět na blokovém nákresu zdroje, tak je navíc zdroj doplněn o dvě stabilní neregulovatelná napětí s hodnotou 5V a 12V. Tyto hodnoty byly zvoleny, z důvodu nejčastějšího používání v číslicové technice. Dovolené zatížení obou zdrojů je 1A.

Zdroje mají tepelnou a proudovou pojistku, která je součástí IO. Při přetížení se automaticky vypínají. Je nutno brát ohled, že při plném zatížení zdroje 5V, vzniká na IO ztráta 17W. To znamená, že se neobejdeme bez většího chladiče.

Tyto zdroje jsou pouze jako doplňky a jsou napájeny z druhého transformátoru, který slouží pro napájení ventilátoru a měřícího modulu.

Seznam součástek pro zdroj 5V/1A a 12V/1A:

C1 4,7mF/25V BR1 KBU8J
C2,C3,C4 100nF/ker. IO1 7812
R1 470Ω IO2 7805
R2 330Ω Q1,Q2 LED5mm / G
CONN1,2,3 ARK500/2SV

Jako doplněk zdroje byl zvolen zdroj pro vrtačku. Jedná se o část, která je zcela nezávislá na laboratorním zdroji a využívá pouze transformátor. Záleží na každém konstruktérovy jestli touto částí doplní tento laboratorní zdroj. V mém případě tato část v laboratorním zdroji je vypuštěna. Ale i přesto uvádím kompletní popis regulátoru včetně schématu a desky plošných spojů.

Simulace a grafy pro laboratorní zdroj

Na následujícím grafu je znázorněna závislost oteplení chladiče výkonového prvku na ztrátovém výkonu. V grafu jsou vyneseny tři křivky, které znázorňují oteplení v závislosti na ztrátovém výkonu při použití různých chladicích prvků.

Následující grafy znázorňují zvlnění výstupního napětí při zatížení 500mA a 5000mA. Při výstupním proudu I = 500mA je zvlnění p = 0,29% a při plném zatížení s protékajícím proudem I = 5000mA je zvlnění 1,25%. Tyto podmínky předurčují tento zdroj, hodnota tak nízkého zvlnění je zapříčiněna velkou filtrační kapacitou s hodnotou 4700mF / 50V a také kvalitním monolitickým stabilizátorem LM317T.



Laboratorní zdroj je vybaven proudovou pojistkou s integrovaným obvodem LM741. Na následujícím grafu je ukázáno jak pracuje proudová pojistka. Do nastavené hodnoty pojistka nereaguje, ale při překročení nastavené hodnoty začne pojistka reagovat a omezovat výstupní napětí a tím i výstupní proud. Na grafu je ukázáno omezení pro proud 5000mA.

Na dalším obrázku jsou nakresleny kontrolní body na kterých kontrolujeme správné nastavení laboratorního zdroje. Měřící metody jsou simulovány v programu Electronics Workbench. Osciloskopem můžeme změřit zvlnění na regulovatelné části laboratorního zdroje. Blíže na grafech zvlnění při určitých výstupních proudech.



Návrhy desek plošných spojů:


Napájecí deska laboratorního zdroje – vstupní díl


Napájecí deska laboratorního zdroje – vstupní díl


Síťová část – deska plošných spojů


Síťová část – deska plošných spojů


Hlavní část napájecího zdroje


Hlavní část napájecího zdroje

Použitá literatura

  • Napájecí zdroje I., II., III.
  • Konstrukce s LM317
  • Firemní literatura National Semiconuctor (obvody LM117/317)
  • Poznáváme elektroniku I., II., III., IV.
  • 555C++ Praktická příručka pro konstruktéry
  • Elektronika – obvody, součástky, děje
  • Katalog GM Elektronic
  • Katalog FK Technics
  • Katalog EZK

Při sestavení textů a vyobrazení jsem postupoval s velkou péčí. Přesto není možno zcela vyloučit chyby. Autor nemůže převzít právní zodpovědnost ani jakékoliv jiné záruky. Za sdělení o případných chybách bude autor vděčen.


Michal Slánský
Hodnocení článku: 

Komentáře

Na obrázku "Hlavní část napájecího zdroje" (s osazenýmy součástkamy a modré dráhy) je přepis: u napájecího napětí je prohozena popiska GND a -Ucc. mělo by to být: +Ucc, -Ucc, GND.

C3 1mF/50V ;

C3 1mF/50V ;
or C3 1nF/50V

Napájecí napětí LM741 Ucc+ na vývodu 7 může být max. +18V.(praví katalogový list) Zde je však deklarované max. napětí dle výstupu z LM317 30V. Zřejmě chyba. Zdroj lze tedy bez problémů používat do 18V ne však do 30V.
Na vývod 7 by musel být zařazen nějaký stabilizátor. Případně použít IO2 se značně větším +-Ucc.(např. LM343H - běžně nesehnatelný)

Proč proboha? Napájecí napětí LM741 je +-22 V (741C +- 18 V ... ta se sem už nehodí), tj. maximální napětí mezi piny 4 a 7 je 44 V. Záporné napájení tady stabilizuje 8V2 zenerka, kladné se vozí se zdrojem, takže maximální napájecí napětí obvodu bude 38,2 V.

Spíš by šlo mít výhrady k připojení (+) vstupu OZ na stejnou úroveň jako má jeho napájecí napětí, 741čka není rail-to-rail obvod a bude vidět napětí na (+) vstupu o něco nižší než ve skutečnosti je. V tomto zapojení to funguje tak, že vlastně dostaneme jakousi zaručenou napěťovou nesymetrii vstupů - funguje to sice dobře (jako děcko jsem si takový zdroj udělal a stále ho občas používám), ale osobně bych takové zapojení, které nemusí pracovat s jiným typem OZ, může být teplotně nestabilní apod. do laboratorního přístroje necpal.

Chtěl bych Vás (potencionální konstruktéry) tímto upozornit na skutečnost, že ve schématech na pomocné zdroje 5V + 12V a zdroj pro větráček + měřící přístroje jsou použity kondenzátory 2200uF/25V, ale už na sekundárním vinutí transformátoru je napětí 29V, které po usměrnění ještě vzroste a kondenzátory (z vlastní zkušenosti) během několika vteřin bouchnou.
Řešením je použití kondenzátorů na větší napětí pak, ale buď musíte upravit plošný spoj, protože se tam nevejdou nebo se smířit s menší filtrační kapacitou a použít kondenzátory na větší napětí s menší jmenovitou kapacitou.
Hezký den a ať se daří...

Chtěl jsem upozornit na to, že v síťové části je použitý špatný tranzistor BC639 (B,C,E) s ním se nerosvítí červená LED ani po vyjmutí pojistky. Místo něho se dá použít např. běžný typ BC 547 (C,B,E).

Chtel bych se zeptat nemate nekdo zhotovene tistaky v eaglu nutne bych potreboval na tento zdroj predem dekuju mozno posilat na mail mitan.j@seznam.cz

Dovoluji si přidat malou poznámku k napájení měřáků. Není to sice zrovna profesionální řešení, ale je to vyhovující pro ty, kteří chtějí narvat zdroj do co nejmenšího prostoru. Z mojí zkušenosti můžu říct, že k napájení digitálních měřáků, jaké jsou zde použity, bohatě stačí devítivoltová baterie. Ušetří se tak místo a i troška práce. Je sic pravda, že jednou za půl roku až rok se musí zdroj otevřít a baterie vyměnit, ale přijde mi to celkem zanedbatelné.

BD250C lze použít,taky jsem ho nahradil,ale potřebuji poradit ohledně proudu,už jsem z toho jelen.jak poznám,že jde regulovat proud?když dám R8 naplno,tak se mi snižuje napětí potenciometrem,který má regulovat proud.a když nastavím zhruba 3/4 r8,tak jde plynule napětí,ovšem regulace proudu nefunguje,prosím vás o radu,co bych měl zkontrolovat?děkuji vám.mám to jako závěrečnou práci,vše mám postavené,vše ostatní funguje,ale ta regulace produ prostě blbne.a ještě se zeptám,zda je ten kondenzátor c3 elit,nebo keramický?děkuji všem.

zkuste zkontrolovat DPS nebo cele zapojeni na existenci kratasu (nekde pretekl cin nebo tak neco) - to ze vam klesa napeti kdyz otacite potenciometrem na proud je dusledek proudove pojistky, ktera ma presne takto fungovat. pripadne se podivejte, zda mate vsechny soucastky v tomto zapojeni, tak jak maji byt...

Mám dotaz, zda při použití stabilizátoru LM317HV /vstupní napětí až 60V/ kromě úpravy vinutí trafa a C1,C2/63V stačí stabilizovat napájecí napětí pro OZ?Jiná úpava by se dělat nemusela?Samozřejmě při 50V bychom mohli odebírat jen 3A.Díky za odpověď

Dobrý den, chtěl bych se zeptat ohledně napájení. Chtěl bych tento zdroj stavět jako duální. Proto mám dotaz na trafo. Stačilo by na napájení použít 400W toroidní trafo o dvou větvích 2x29V? Napájecí napětí je 30V u jednoduchého zdroje, proto osobně si myslím, že by stačilo. Ale chtěl bych se jen ujistit.
Děkuji za odpověď.

Chtěl bych se zeptat na rozměry jednotlivých DPS,nebo poradit v čem a jak je mám vytisknout v životní velikosti,protože mi to vždycky vytiskne větší nebo menší rozměr. Děkuji za odpověď.

zdravym, chystam sa postavit tento zdroj a mam otazku mozem pouzit namiesto toho 0,22R/7w odporu - 0,22R/5w odpor? nebude to vadit prudovej poistke? lebo robil som zdroj nieco podobny tomu do 5A a mal tam ist 5W odpor. dakujem za odpoved

zdravym chcem vediet Ten kondezator C3 ma byt elektroliticky alebo keramicky alebo tantalovy 1mili alebo 1mikro poradte my dakujem

Dobrý den, rád bych si postavil tento zdroj, a tak sa vás chci zeptat na ten kond C4 v hlavní části, jehož velikost je 470mF/50V. Nejenom, že by byl drahý jak cosi, ale navíc by se nevešel na desku :) tak proto se ptám zda-li tam nepatří 470MF/50V?

Ono M je obecně mega, ale když se to používá u kondíků, tak se bere základní jednotka 1pF, takže M je vlastně mikro. 470mF/50V je opravdu hodně.

Chcem sa opytat postavel som si tento zdroj ale ide my v ramci moznosti regulovat ciastocne od 3.5V do 10V,mozte my poradit kde mam chybu?
diky

jak je známo tak když se stabilizátor odzemní tak na výstup vlítne plné nestabilizované napětí a to zapojení shchématu je tomu podobné...zrada je ve zdroji výroby záporného napětí který reguluje od nuly. když se zdroj vypne, na elytech je stále velké napětí a po vypnutí toto zdroje začně pomaly na výtupu nekontrolovatelně stoupat protože IO2 není pdo napětím.

Ano, je to přesně tak, mohu potvrdit po zkonstruování. Po odpojení napájení zdroje vlítne na výstup plné napětí z kondenzátorů a dojde ke zničení zátěže nebo tranzistoru. Nevíte prosím někdo, jak tuto chybu vyřešit?

Pro všechny kteří chtějí stavit tento zdroj nebo už ho postavili a nefunguje jim!!! Taky jsem ho postavil a kolega též a u obou konstrukcí stejný problém, nefungující zpětná vazba (proudová regulace). Po mnoha pokusech o částečnou přestavbu jsme došli k závěru že to celé přestavíme podle originálního schématu z datasheetu (LM117/LM217/LM317). Ve čtvrtek jsem ho s originálním zapojením úspěšně rozjel, je tam několik změn, ale výkonový tranzistor je použitý stejný, takže z dobré vůle všem radím aby tento zdroj nestavili se schématem uvedeném zde ale podle originálu z http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf ze strany 18. Místo kondenzátorů 75pF lze použít 100pF, jelo to s nimi bez problémů + na výstup dejte zátěžový odpor na 5mA při jakémkoliv napětí (já jsem použil výkonový odpor 220R).

Ahoj kde seženu soubor na vytisknutí? Nebo jak to mám vytisknout aby to bylo v normálních rozměrech? Děkuji.

este jedna chybicka... COARSE znamena drsne hrubo a FINE znamena jemne .... v texte to je naopak

a chcem sa spytat ci by nebolo lepsie napajat OZ kladne nejakym stabilizatorom napr 7824 ... nevadi mu kolisajuce napatie na kladnom napajani? a na zaporne napajanie by mozno nebolo zle dat vacsiu zenerku a 7909 zaporny stabak... neviem to prepocitavat je to len napad ... 

Zdravím potreboval by som pomocť tak dúfam že táto téma ešte funguje a niekto mi pomože. Potreboval by som poradiť ako riešiť nasledujúce problémy s týmto zdrojom:

1. Už od začiatku nefunguje červená led-ka pri vypínači pre stav OFF. 

2. Prestala mi fungovať regulácia. Momentálne zdroj reguluje napatie od 5,5V do asi 7V. Skúšal som meniť súčiastky ale bez výsledne.

3. Ak ste našli ďalšie závady na konštrukcii a opravili ste ich poprosil by som ich napísať nech doladím zdroj aby znovu fungoval ako ma. 

 

Za pomoc vopred ďakujem.