DIY napájecí zdroj
Ti začátečníci, kteří se teprve začínají učit elektroniku, spěchají postavit něco nadpřirozeného, jako jsou mikroštěnice na odposlech, laserová řezačka z DVD mechaniky a tak dále ... a tak dále ... Ale co montáž napájecího zdroje s nastavitelným výstupním napětím? Takový napájecí zdroj je nezbytnou součástí dílny každého milovníka elektroniky.
Kde začít s montáží napájecího zdroje?
Nejprve se musíte rozhodnout o požadovaných vlastnostech, které bude budoucí napájecí zdroj splňovat. Hlavní parametry zdroje jsou maximální proud ( Imax), které může dát zátěži (napájenému zařízení) a výstupnímu napětí ( U ven), který bude na výstupu napájecího zdroje. Vyplatí se také rozhodnout, jaký napájecí zdroj potřebujeme: nastavitelný nebo neregulované.
Nastavitelný napájecí zdroj - jedná se o zdroj, jehož výstupní napětí lze měnit např. v rozsahu od 3 do 12 voltů. Pokud potřebujeme 5 voltů - otočili jsme knoflíkem regulátoru - dostali jsme 5 voltů na výstupu, potřebujeme 3 volty - znovu jsme to otočili - na výstupu jsme dostali 3 volty.
Neregulovaný napájecí zdroj je zdroj pevného výstupního napětí, který nelze změnit. Takže například známá a rozšířená napájecí jednotka "Electronics" D2-27 je neregulovaná a má výstupní napětí 12 voltů. Neregulované napájecí zdroje jsou také všechny druhy nabíječek pro mobilní telefony, modemy a adaptéry směrovačů. Všechny jsou zpravidla určeny pro jedno výstupní napětí: 5, 9, 10 nebo 12 voltů.
Je jasné, že pro začínajícího radioamatéra je největší zájem o nastavitelný zdroj. Mohou napájet obrovské množství domácích i průmyslových zařízení určených pro různá napájecí napětí.
Dále se musíte rozhodnout pro napájecí obvod. Obvod by měl být jednoduchý, snadno opakovatelný začínajícími radioamatéry. Zde je lepší zůstat na okruhu s konvenčním napájecím transformátorem. Proč? Protože najít vhodný transformátor je dost snadné jak na rádiových trzích, tak ve staré spotřební elektronice. Vyrobit spínaný zdroj je obtížnější. Pro spínaný zdroj je potřeba vyrobit spoustu dílů vinutí, jako je vysokofrekvenční transformátor, filtrační tlumivky atd. Také spínané zdroje obsahují více elektronických součástek než klasické zdroje s napájecím transformátorem.
Takže schéma regulovatelného napájecího zdroje navrženého pro opakování je na obrázku (kliknutím zvětšíte).
Parametry napájení:
Výstupní napětí ( U ven) - od 3,3 ... 9 V;
Maximální zatěžovací proud ( Imax) - 0,5 A;
Maximální amplituda zvlnění výstupního napětí je 30 mV;
Nadproudová ochrana;
Ochrana před výskytem přepětí na výstupu;
Vysoká účinnost.
Je možné upravit napájecí zdroj za účelem zvýšení výstupního napětí.
Schéma zapojení napájecího zdroje se skládá ze tří částí: transformátoru, usměrňovače a stabilizátoru.
Transformátor. Transformátor T1 snižuje střídavé síťové napětí (220-250 voltů), které je přiváděno do primárního vinutí transformátoru (I), na napětí 12-20 voltů, které je odstraněno ze sekundárního vinutí transformátoru (II) . Také v kombinaci slouží transformátor jako galvanická izolace mezi sítí a napájeným zařízením. To je velmi důležitá vlastnost. Pokud náhle z nějakého důvodu selže transformátor (přepětí atd.), pak se síťové napětí nebude moci dostat do sekundárního vinutí, a tedy ani do napájeného zařízení. Jak víte, primární a sekundární vinutí transformátoru jsou od sebe spolehlivě izolovány. Tato okolnost snižuje riziko úrazu elektrickým proudem.
Usměrňovač. Ze sekundárního vinutí výkonového transformátoru T1 je do usměrňovače přiváděno snížené střídavé napětí 12-20 voltů. To už je klasika. Usměrňovač se skládá z diodového můstku VD1, který usměrňuje střídavé napětí ze sekundárního vinutí transformátoru (II). Pro vyhlazení zvlnění napětí je za usměrňovacím můstkem elektrolytický kondenzátor C3 s kapacitou 2200 mikrofaradů.
Nastavitelný spínací stabilizátor.
Obvod spínacího regulátoru je sestaven na poměrně známém a cenově dostupném DC / DC měničovém čipu - MC34063.
Aby bylo jasno. MC34063 je vyhrazený PWM ovladač určený pro přepínání DC/DC měničů. Tento čip je jádrem nastavitelného spínacího regulátoru, který se používá v tomto napájecím zdroji.
MC34063 je vybaven ochranou proti přetížení a zkratu v zátěžovém obvodu. Výstupní tranzistor zabudovaný v mikroobvodu je schopen dodávat do zátěže proud až 1,5 ampéru. Na základě specializovaného čipu MC34063 můžete sestavit oba step-up ( step-up) a snížení ( odstoupit) DC/DC měniče. Je také možné postavit nastavitelné pulzní stabilizátory.
Vlastnosti impulsních stabilizátorů.
Mimochodem, spínací regulátory mají vyšší účinnost ve srovnání se stabilizátory na bázi mikroobvodů řady KR142EN ( Krenki), LM78xx, LM317 atd. A přestože se napájecí zdroje založené na těchto mikroobvodech velmi snadno montují, jsou méně ekonomické a vyžadují instalaci chladiče.
MC34063 nevyžaduje chladič. Stojí za zmínku, že tento mikroobvod lze často nalézt v zařízeních, která fungují autonomně nebo využívají záložní napájení. Použití spínacího regulátoru zvyšuje účinnost zařízení a následně snižuje spotřebu energie z baterie nebo baterie. Díky tomu se zvyšuje doba autonomního provozu zařízení ze záložního zdroje energie.
Myslím, že teď je jasné, co je dobrý stabilizátor pulsu.
Detaily a elektronické součástky.
Nyní trochu o detailech, které budou nutné k sestavení napájecího zdroje.
Výkonové transformátory TS-10-3M1 a TP114-163M
Vhodný je také transformátor TS-10-3M1 s výstupním napětím asi 15 voltů. V obchodech s rádiovými díly a na rádiových trzích můžete najít vhodný transformátor, pokud splňuje stanovené parametry.
Čip MC34063 . MC34063 je k dispozici v balíčcích DIP-8 (PDIP-8) pro konvenční montáž do průchozího otvoru a SO-8 (SOIC-8) pro povrchovou montáž. V balení SOIC-8 je samozřejmě mikroobvod menší a vzdálenost mezi kolíky je asi 1,27 mm. Proto je obtížnější vyrobit desku plošných spojů pro mikroobvod v pouzdře SOIC-8, zejména pro ty, kteří teprve nedávno začali ovládat technologii výroby desek plošných spojů. Čip MC34063 je proto lepší vzít v pouzdru DIP, které je rozměrově větší a vzdálenost mezi piny v takovém pouzdru je 2,5 mm. Jednodušší bude vyrobit plošný spoj pro pouzdro DIP-8.
Tlumivky. Tlumivky L1 a L2 mohou být vyrobeny nezávisle. To bude vyžadovat dvě prstencová magnetická jádra vyrobená z feritu 2000HM, velikost K17,5 x 8,2 x 5 mm. Standardní velikost znamená: 17,5 mm. - vnější průměr kroužku; 8,2 mm. - vnitřní průměr; a 5 mm. je výška prstencového magnetického obvodu. K navinutí induktoru potřebujete vodič PEV-2 o průřezu 0,56 mm. Na každý kroužek je třeba navinout 40 závitů takového drátu. Závity drátu by měly být rovnoměrně rozloženy po feritovém kroužku. Před navinutím musí být feritové kroužky obaleny lakovanou látkou. Pokud není po ruce žádný lakovaný hadřík, můžete prsten obalit páskou ve třech vrstvách. Je třeba si uvědomit, že feritové kroužky již mohou být natřeny - pokryty vrstvou barvy. V tomto případě není nutné kroužky obalovat lakovanou látkou.
Kromě domácích tlumivek můžete použít i hotové. V tomto případě se proces montáže napájecího zdroje urychlí. Například jako tlumivky L1, L2 můžete použít tyto indukčnosti na povrch (SMD - choke).
Jak můžete vidět, na horní straně jejich pouzdra je uvedena hodnota indukčnosti - 331, což znamená 330 mikrohenry (330 μH). Také jako L1, L2 jsou vhodné hotové tlumivky s radiálními vývody pro konvenční montáž do otvorů. Vypadají takto.
Hodnota indukčnosti je na nich označena buď barevným kódem nebo číselným kódem. Pro napájení jsou vhodné indukčnosti označené 331 (tj. 330 uH). Vzhledem k toleranci ± 20 %, která je povolena pro prvky domácího elektrického zařízení, jsou vhodné i tlumivky s indukčností 264 - 396 μH. Jakýkoli induktor nebo induktor je navržen pro určitý stejnosměrný proud. Zpravidla její maximální hodnota ( IDC max) je uvedeno v datovém listu pro samotnou škrticí klapku. Tato hodnota však není uvedena na samotném těle. V tomto případě je možné zhruba určit hodnotu maximálního dovoleného proudu induktorem podle průřezu drátu, kterým je navinut. Jak již bylo zmíněno, pro samostatnou výrobu tlumivek L1, L2 je zapotřebí drát o průřezu 0,56 mm.
Tlumivka L3 domácí. K jeho výrobě je zapotřebí feritový magnetický obvod. 400 HH nebo 600 HH 10 mm v průměru. To najdete ve vintage rádiích. Tam se používá jako magnetická anténa. Z magnetického obvodu je třeba odlomit kus dlouhý 11 mm. To je dost snadné, ferit se snadno zlomí. Požadovaný segment jednoduše pevně upnete kleštěmi a přebytečný magnetický obvod přerušíte. Magnetický obvod můžete také upnout do svěráku a poté ostře zasáhnout magnetický obvod. Pokud poprvé není možné opatrně přerušit magnetický obvod, můžete operaci zopakovat.
Poté je třeba výsledný kus magnetického obvodu obalit vrstvou papírové pásky nebo lakovaného hadříku. Dále na magnetický obvod navineme 6 závitů drátu PEV-2 přeloženého napůl o průřezu 0,56 mm. Aby se drát nerozmotal, omotáme ho nahoře páskou. Ty drátové vývody, ze kterých začalo vinutí tlumivky, jsou následně zapájeny do obvodu v místě, kde jsou body znázorněny na obrázku L3. Tyto body označují začátek navíjení cívek drátem.
Dodatky.
V závislosti na potřebách lze v designu provést určité změny.
Například místo zenerovy diody VD3 typu 1N5348 (stabilizační napětí - 11 voltů) lze do obvodu nainstalovat ochrannou diodu - supresor 1,5 KE10CA.
Supresor je výkonná ochranná dioda, která má podobnou funkci jako zenerova dioda, ale její hlavní role v elektronických obvodech je ochranná. Účelem tlumiče je potlačit vysokonapěťový impulsní šum. Tlumič má vysokou rychlost a je schopen uhasit silné impulsy.
Na rozdíl od zenerovy diody 1N5348 má supresor 1.5KE10CA vysokou rychlost odezvy, která nepochybně ovlivní výkon ochrany.
V odborné literatuře a v komunikačním prostředí radioamatérů může být supresor nazýván různě: ochranná dioda, omezující zenerova dioda, TVS dioda, omezovač napětí, omezovací dioda. Tlumiče často najdeme ve spínaných zdrojích - tam slouží jako přepěťová ochrana napájeného obvodu při poruchách spínaného zdroje.
O účelu a parametrech ochranných diod se dozvíte z článku o supresoru.
Tlumič 1,5KE10 C A má dopis Z v názvu a je obousměrný - na polaritě jeho instalace v obvodu nezáleží.
Pokud je potřeba napájecí zdroj s pevným výstupním napětím, pak se proměnný odpor R2 neinstaluje, ale nahrazuje se drátovou propojkou. Požadované výstupní napětí se volí pomocí konstantního odporu R3. Jeho odpor se vypočítá podle vzorce:
U out \u003d 1,25 * (1 + R4 / R3)
Po transformacích se získá vzorec, který je pro výpočty pohodlnější:
R3 \u003d (1,25 * R4) / (U out - 1,25)
Pokud použijete tento vzorec, pak pro U out \u003d 12 voltů potřebujete rezistor R3 s odporem asi 0,42 kOhm (420 Ohm). Při výpočtu se hodnota R4 bere v kiloohmech (3,6 kOhm). Výsledek pro rezistor R3 se také získá v kiloohmech.
Pro přesnější nastavení výstupního napětí U out můžete místo R2 nainstalovat ladicí odpor a přesněji nastavit požadované napětí pomocí voltmetru.
V tomto případě je třeba poznamenat, že zenerova dioda nebo supresor by měly být instalovány se stabilizačním napětím o 1 ... 2 volty vyšším, než je vypočtené výstupní napětí ( U ven) zdroj napájení. Takže pro napájecí zdroj s maximálním výstupním napětím rovným například 5 voltům by měl být instalován supresor 1,5KE 6V8 CA nebo podobně.
Výroba DPS.
Plošný spoj pro napájecí zdroj lze vyrobit mnoha způsoby. Na stránkách webu již byly popsány dva způsoby výroby desek plošných spojů doma.
Nejrychlejší a nejpohodlnější způsob je vyrobit DPS pomocí DPS fixu. Značka byla použita Edding 792. Ukázal se z té nejlepší stránky. Mimochodem, pečeť pro tento napájecí zdroj je vyrobena právě touto značkou.
Druhý způsob je vhodný pro ty, kteří mají v záloze hodně trpělivosti a pevnou ruku. Jedná se o technologii výroby plošného spoje korekční tužkou. Tato, vcelku jednoduchá a cenově dostupná technologie, přijde vhod těm, kteří nenašli popisovač na desky plošných spojů, ale nevědí, jak desky s LUT vyrobit nebo nemají vhodnou tiskárnu.
Třetí způsob je podobný druhému, jen používá zaponlak - Jak vyrobit desku plošných spojů se zaponlakem?
Obecně je z čeho vybírat.
Nastavení a testování napájecího zdroje.
Chcete-li zkontrolovat výkon napájecího zdroje, musíte jej samozřejmě nejprve zapnout. Pokud nejsou žádné jiskry, kouř a praskání (to je docela reálné), pak je pravděpodobnější, že PSU bude fungovat. Zpočátku si od něj držte určitý odstup. Pokud jste udělali chybu při instalaci elektrolytických kondenzátorů nebo je nastavili na nižší provozní napětí, mohou „vyskočit“ - explodovat. To je doprovázeno rozstřikováním elektrolytu do všech směrů přes ochranný ventil na krytu. Takže nespěchejte. Můžete si přečíst více o elektrolytických kondenzátorech. Nebuďte líní si to přečíst - bude se to hodit víckrát.
Pozornost! Výkonový transformátor musí být během provozu pod vysokým napětím! Nestrkejte do toho prsty! Nezapomeňte na bezpečnostní předpisy. Pokud potřebujete něco změnit v obvodu, nejprve úplně odpojte napájení ze sítě a pak to udělejte. Ne jinak - buďte opatrní!
Ke konci celého tohoto příběhu chci ukázat hotový napájecí zdroj, který jsem vyrobil sám.
Ano, stále nemá pouzdro, voltmetr a další „housky“, které usnadňují práci s takovým zařízením. Ale i přes to funguje a už se mu podařilo spálit úžasnou tříbarevnou blikající LED kvůli svému hloupému majiteli, který rád bezohledně točí regulátorem napětí. Vám, začínajícím radioamatérům, přeji, abyste něco podobného sestavili!