Alimentatore fai da te
Quei principianti che stanno appena iniziando a imparare l'elettronica hanno fretta di costruire qualcosa di soprannaturale, come microbug per le intercettazioni, una taglierina laser da un'unità DVD e così via ... e così via ... Ma che dire di assemblare un alimentatore con tensione di uscita regolabile? Un tale alimentatore è un elemento essenziale nell'officina di ogni amante dell'elettronica.
Da dove iniziare a montare l'alimentatore?
Innanzitutto, è necessario decidere le caratteristiche richieste che il futuro alimentatore soddisferà. I parametri principali dell'alimentatore sono la corrente massima ( Imax), che può dare al carico (dispositivo alimentato) e alla tensione di uscita ( U fuori), che sarà all'uscita dell'alimentatore. Vale anche la pena decidere di quale alimentatore abbiamo bisogno: regolabile o non regolamentato.
Alimentazione regolabile - questo è un alimentatore, la cui tensione di uscita può essere modificata, ad esempio, nell'intervallo da 3 a 12 volt. Se abbiamo bisogno di 5 volt - abbiamo girato la manopola del regolatore - abbiamo 5 volt in uscita, abbiamo bisogno di 3 volt - l'abbiamo girato di nuovo - abbiamo 3 volt in uscita.
Un alimentatore non regolato è un alimentatore a tensione di uscita fissa che non può essere modificato. Quindi, ad esempio, il noto e diffuso alimentatore "Electronics" D2-27 non è regolato e ha un'uscita di 12 volt di tensione. Inoltre, gli alimentatori non regolamentati sono tutti i tipi di caricabatterie per telefoni cellulari, adattatori per modem e router. Tutti, di regola, sono progettati per una tensione di uscita: 5, 9, 10 o 12 volt.
È chiaro che per un radioamatore alle prime armi è l'alimentatore regolabile che interessa di più. Possono alimentare un numero enorme di dispositivi sia casalinghi che industriali progettati per diverse tensioni di alimentazione.
Successivamente, è necessario decidere il circuito di alimentazione. Il circuito dovrebbe essere semplice, facile da ripetere dai radioamatori alle prime armi. Qui è meglio soffermarsi sul circuito con un trasformatore di potenza convenzionale. Come mai? Perché trovare un trasformatore adatto è abbastanza facile sia nei mercati radiofonici che nella vecchia elettronica di consumo. Realizzare un alimentatore switching è più difficile. Per un alimentatore a commutazione, è necessario produrre molte parti di avvolgimento, come un trasformatore ad alta frequenza, induttanze del filtro, ecc. Inoltre, gli alimentatori a commutazione contengono più componenti elettronici rispetto agli alimentatori convenzionali con un trasformatore di alimentazione.
Quindi, lo schema dell'alimentatore regolabile proposto per la ripetizione è mostrato in figura (clicca per ingrandire).
Parametri di alimentazione:
Tensione di uscita ( U fuori) - da 3,3 ... 9 V;
Massima corrente di carico ( Imax) - 0,5 A;
L'ampiezza massima delle ondulazioni della tensione di uscita è di 30 mV;
Protezione da sovracorrente;
Protezione contro la comparsa di sovratensione in uscita;
Alta efficienza.
È possibile modificare l'alimentazione per aumentare la tensione di uscita.
Lo schema elettrico dell'alimentatore è composto da tre parti: un trasformatore, un raddrizzatore e uno stabilizzatore.
Trasformatore. Il trasformatore T1 abbassa la tensione di rete alternata (220-250 volt), che viene fornita all'avvolgimento primario del trasformatore (I), a una tensione di 12-20 volt, che viene rimossa dall'avvolgimento secondario del trasformatore (II) . Inoltre, in combinazione, il trasformatore funge da isolamento galvanico tra la rete e il dispositivo alimentato. Questa è una caratteristica molto importante. Se improvvisamente il trasformatore si guasta per qualsiasi motivo (sovratensione, ecc.), la tensione di rete non sarà in grado di raggiungere l'avvolgimento secondario e, quindi, il dispositivo alimentato. Come sapete, gli avvolgimenti primari e secondari del trasformatore sono isolati in modo affidabile l'uno dall'altro. Questa circostanza riduce il rischio di scosse elettriche.
raddrizzatore. Dall'avvolgimento secondario del trasformatore di potenza T1 viene fornita al raddrizzatore una tensione alternata ridotta di 12-20 volt. È già un classico. Il raddrizzatore è costituito da un ponte a diodi VD1, che raddrizza la tensione alternata dall'avvolgimento secondario del trasformatore (II). Per attenuare le increspature di tensione, dopo il ponte raddrizzatore c'è un condensatore elettrolitico C3 con una capacità di 2200 microfarad.
Stabilizzatore di commutazione regolabile.
Il circuito del regolatore di commutazione è assemblato su un chip convertitore CC / CC abbastanza noto e conveniente - MC34063.
Per essere chiari. L'MC34063 è un controller PWM dedicato progettato per la commutazione di convertitori CC/CC. Questo chip è il nucleo del regolatore di commutazione regolabile utilizzato in questo alimentatore.
L'MC34063 è dotato di un'unità di protezione da sovraccarico e cortocircuito nel circuito di carico. Il transistor di uscita integrato nel microcircuito è in grado di fornire fino a 1,5 ampere di corrente al carico. Basato su un chip MC34063 specializzato, puoi assemblare entrambi gli step-up ( fare un passo avanti) e abbassamento ( dimettersi) Convertitori CC/CC. È anche possibile costruire stabilizzatori di impulsi regolabili.
Caratteristiche degli stabilizzatori d'impulso.
A proposito, i regolatori a commutazione hanno un'efficienza maggiore rispetto agli stabilizzatori basati sui microcircuiti della serie KR142EN ( Krenki), LM78xx, LM317, ecc. E sebbene gli alimentatori basati su questi microcircuiti siano molto facili da montare, sono meno economici e richiedono l'installazione di un radiatore di raffreddamento.
L'MC34063 non richiede un dissipatore di calore. Vale la pena notare che questo microcircuito si trova spesso in dispositivi che funzionano in modo autonomo o utilizzano l'alimentazione di backup. L'uso di un regolatore di commutazione aumenta l'efficienza del dispositivo e, di conseguenza, riduce il consumo di energia dalla batteria o dalla batteria. Di conseguenza, aumenta il tempo di funzionamento autonomo del dispositivo da una fonte di alimentazione di backup.
Penso che ora sia chiaro cosa sia un buon stabilizzatore di pulsazioni.
Dettagli e componenti elettronici.
Ora un po' sui dettagli che saranno necessari per assemblare l'alimentatore.
Trasformatori di potenza TS-10-3M1 e TP114-163M
È adatto anche un trasformatore TS-10-3M1 con una tensione di uscita di circa 15 volt. Nei negozi di ricambi radio e nei mercati delle radio è possibile trovare un trasformatore adatto, purché soddisfi i parametri specificati.
Chip MC34063 . L'MC34063 è disponibile nei pacchetti DIP-8 (PDIP-8) convenzionali per montaggio a foro passante e SO-8 (SOIC-8) per montaggio superficiale. Naturalmente, nel pacchetto SOIC-8, il microcircuito è più piccolo e la distanza tra i pin è di circa 1,27 mm. Pertanto, è più difficile realizzare un circuito stampato per un microcircuito in un pacchetto SOIC-8, soprattutto per coloro che solo di recente hanno iniziato a padroneggiare la tecnologia di produzione di circuiti stampati. Pertanto, è meglio prendere il chip MC34063 in un pacchetto DIP, che è di dimensioni maggiori, e la distanza tra i pin in un tale pacchetto è di 2,5 mm. Sarà più facile realizzare un circuito stampato per il pacchetto DIP-8.
strozzature. Le induttanze L1 e L2 possono essere realizzate indipendentemente. Ciò richiederà due nuclei magnetici ad anello realizzati in ferrite 2000HM, dimensioni K17,5 x 8,2 x 5 mm. La misura standard sta per: 17,5 mm. - diametro esterno dell'anello; 8,2 mm. - diametro interno; e 5 mm. è l'altezza del circuito magnetico dell'anello. Per avvolgere l'induttore, è necessario un filo PEV-2 con una sezione trasversale di 0,56 mm. 40 giri di un tale filo devono essere avvolti su ciascun anello. Le spire del filo devono essere distribuite uniformemente sull'anello di ferrite. Prima dell'avvolgimento, gli anelli di ferrite devono essere avvolti con un panno verniciato. Se non c'è un panno verniciato a portata di mano, puoi avvolgere l'anello con del nastro adesivo in tre strati. Vale la pena ricordare che gli anelli di ferrite possono già essere dipinti - ricoperti da uno strato di vernice. In questo caso non è necessario avvolgere gli anelli con un panno verniciato.
Oltre alle strozzature fatte in casa, puoi anche usare quelle già pronte. In questo caso, il processo di assemblaggio dell'alimentatore accelererà. Ad esempio, come induttanze L1, L2, è possibile utilizzare queste induttanze a montaggio superficiale (SMD - induttanza).
Come puoi vedere, nella parte superiore del loro case, è indicato il valore di induttanza - 331, che sta per 330 microhenry (330 μH). Inoltre, come L1, L2, sono adatte induttanze preconfezionate con conduttori radiali per il montaggio convenzionale nei fori. Sembrano così.
Il valore dell'induttanza su di essi è contrassegnato da un codice colore o da uno numerico. Per l'alimentazione sono adatte le induttanze marcate 331 (cioè 330 uH). Data la tolleranza di ± 20%, consentita per elementi di apparecchiature elettriche domestiche, sono adatte anche induttanze con un'induttanza di 264 - 396 μH. Qualsiasi induttore o induttore è progettato per una certa corrente continua. Di norma, il suo valore massimo ( IDC max) è indicato nella scheda tecnica dell'acceleratore stesso. Ma questo valore non è indicato sul corpo stesso. In questo caso, è possibile determinare approssimativamente il valore della corrente massima consentita attraverso l'induttore in base alla sezione del filo con cui è avvolto. Come già accennato, per la produzione indipendente di induttanze L1, L2 è necessario un filo con una sezione trasversale di 0,56 mm.
Choke L3 fatto in casa. Per la sua fabbricazione è necessario un circuito magnetico in ferrite. 400 HH o 600 HH 10 mm di diametro. Puoi trovarlo nelle radio vintage. Lì viene utilizzato come antenna magnetica. Dal circuito magnetico è necessario staccare un pezzo lungo 11 mm. Questo è abbastanza facile da fare, la ferrite si rompe facilmente. Puoi semplicemente bloccare saldamente il segmento richiesto con una pinza e interrompere il circuito magnetico in eccesso. Puoi anche bloccare il circuito magnetico in una morsa e quindi colpire bruscamente il circuito magnetico. Se la prima volta non è possibile interrompere con cura il circuito magnetico, è possibile ripetere l'operazione.
Quindi il pezzo risultante del circuito magnetico deve essere avvolto con uno strato di nastro di carta o un panno verniciato. Successivamente, avvolgiamo 6 spire del filo PEV-2 piegato a metà con una sezione trasversale di 0,56 mm sul circuito magnetico. Per evitare che il filo si svolga, lo avvolgiamo sopra con del nastro adesivo. Quei fili da cui è iniziato l'avvolgimento dell'induttore, vengono successivamente saldati nel circuito nel punto in cui i punti sono mostrati nell'immagine L3. Questi punti indicano l'inizio dell'avvolgimento delle bobine con filo.
Aggiunte.
A seconda delle esigenze, è possibile apportare alcune modifiche al design.
Ad esempio, invece di un diodo zener VD3 di tipo 1N5348 (tensione di stabilizzazione - 11 volt), è possibile installare un diodo di protezione nel circuito: un soppressore 1.5KE10CA.
Un soppressore è un potente diodo protettivo, simile nella funzione a un diodo zener, tuttavia, il suo ruolo principale nei circuiti elettronici è protettivo. Lo scopo del soppressore è di sopprimere il rumore dell'impulso ad alta tensione. Il soppressore ha un'alta velocità ed è in grado di estinguere potenti impulsi.
A differenza del diodo zener 1N5348, il soppressore 1.5KE10CA ha un'elevata velocità di risposta, che influenzerà senza dubbio le prestazioni della protezione.
Nella letteratura tecnica e nell'ambiente di comunicazione dei radioamatori, un soppressore può essere chiamato in modo diverso: un diodo protettivo, un diodo zener limitante, un diodo TVS, un limitatore di tensione, un diodo limitatore. I soppressori si trovano spesso negli alimentatori switching: servono come protezione da sovratensione per il circuito di alimentazione in caso di malfunzionamenti dell'alimentatore switching.
Puoi conoscere lo scopo e i parametri dei diodi di protezione dall'articolo sul soppressore.
Soppressore 1,5KE10 C A ha una lettera DA nel nome ed è bidirezionale: la polarità della sua installazione nel circuito non ha importanza.
Se è necessario un alimentatore con una tensione di uscita fissa, il resistore variabile R2 non è installato, ma sostituito con un ponticello. La tensione di uscita desiderata viene selezionata utilizzando un resistore costante R3. La sua resistenza è calcolata dalla formula:
U fuori \u003d 1,25 * (1 + R4 / R3)
Dopo le trasformazioni si ottiene una formula più conveniente per i calcoli:
R3 \u003d (1,25 * R4) / (U fuori - 1,25)
Se usi questa formula, per U out \u003d 12 volt, hai bisogno di un resistore R3 con una resistenza di circa 0,42 kOhm (420 Ohm). Durante il calcolo, il valore di R4 viene preso in kiloohm (3,6 kOhm). Il risultato per il resistore R3 si ottiene anche in kiloohm.
Per un'impostazione più precisa della tensione di uscita U out, invece di R2, è possibile installare un resistore di sintonia e impostare la tensione richiesta in modo più accurato utilizzando il voltmetro.
In questo caso, va notato che è necessario installare un diodo zener o un soppressore con una tensione di stabilizzazione di 1 ... 2 volt in più rispetto alla tensione di uscita calcolata ( U fuori) Alimentazione elettrica. Quindi, per un alimentatore con una tensione di uscita massima pari, ad esempio, a 5 volt, dovrebbe essere installato un soppressore 1.5KE 6V8 CA o simili.
Produzione PCB.
Il circuito stampato per l'alimentazione può essere realizzato in molti modi. Sulle pagine del sito sono già stati descritti due metodi per realizzare in casa i circuiti stampati.
Il modo più veloce e comodo è creare un PCB usando un marcatore PCB. Marcatore applicato Edding 792. Si è mostrato dal lato migliore. A proposito, il sigillo per questo alimentatore è realizzato proprio con questo pennarello.
Il secondo metodo è adatto a chi ha molta pazienza e mano ferma nella riserva. Questa è una tecnologia per realizzare un circuito stampato con una matita correttiva. Questa, una tecnologia abbastanza semplice ed economica, tornerà utile a chi non riesce a trovare un pennarello per i circuiti stampati, ma non sa come realizzare schede con una LUT o non dispone di una stampante adatta.
Il terzo metodo è simile al secondo, usa solo zaponlak - Come realizzare un circuito stampato con zaponlak?
In generale, ci sono molte tra cui scegliere.
Configurazione e test dell'alimentatore.
Per verificare le prestazioni dell'alimentatore, è necessario prima, ovviamente, accenderlo. Se non ci sono scintille, fumo e scoppi (questo è abbastanza reale), è più probabile che l'alimentatore funzioni. All'inizio, mantieni una certa distanza da lui. Se hai commesso un errore durante l'installazione dei condensatori elettrolitici o li hai impostati su una tensione operativa inferiore, possono "scoppiare" - esplodere. Questo è accompagnato da schizzi di elettrolita in tutte le direzioni attraverso la valvola di protezione sul corpo. Quindi prenditi il tuo tempo. Puoi leggere di più sui condensatori elettrolitici. Non essere pigro a leggerlo: tornerà utile più di una volta.
Attenzione! Durante il funzionamento, il trasformatore di potenza deve essere ad alta tensione! Non infilarci le dita! Non dimenticare le norme di sicurezza. Se è necessario modificare qualcosa nel circuito, prima scollegare completamente l'alimentazione dalla rete, quindi farlo. Nessun altro modo: fai attenzione!
Verso la fine di tutta questa storia, voglio mostrare un alimentatore finito che è stato realizzato da me.
Sì, non ha ancora una custodia, un voltmetro e altri "panini" che semplificano il lavoro con un dispositivo del genere. Ma, nonostante questo, funziona ed è già riuscito a bruciare un fantastico LED lampeggiante a tre colori a causa del suo stupido proprietario, a cui piace girare il regolatore di tensione incautamente. Vi auguro, radioamatori alle prime armi, di assemblare qualcosa di simile!