Zestaw zasilaczy laboratoryjnych (0-30 V, 1 A i ATX)

Czerwiec 7, 2015
Wysłane przez Michał Drwięga

Przedstawiony zestaw zasilaczy został wykonany w roku 2010 i składa się z dwóch urządzeń. Jeden z  zasilaczy jest moją pierwszą konstrukcją elektroniczną i został zbudowany od podstaw. Drugi to zmodyfikowana wersja nieużywanego, jednak ciągle sprawnego, komputerowego zasilacza w standardzie ATX. W tekście tym skupiono się  na pierwszym urządzeniu, czyli zasilaczu o regulowanym napięciu oraz posiadającym regulowane zabezpieczenie prądowe. Założenia konstukcyjne onośnie tego zasilacza były proste, a więc stworzenie praktycznej konstrukcji z budową której będzie w stanie poradzić sobie osoba z niewielkim doświadczeniem, dodatkowo w miarę możliwości jak najniższym kosztem.

Ogólny opis urządzenia


Zasilacz został zbudowany w oparciu o dobrze znaną konstrukcję z electronics-lab. Dodatkowo, dołączone zostały dwa mierniki również w popularnych konfiguracjach na układach ICL7107, a także termoregulator obrotów wentylatora.

W konstrukcji z electronics-lab zostało wprowadzonych kilka zmian, między innymi zwiększeniu uległy wartości rezystorów R7 i R18, co przyczyniło się do płynnej regulacji ograniczenia prądowego w zakresie do 1A. Zmieniony został również tranzystor mocy na TIP31A i diody na prąd 2A ze względów gabarytowych i oszczędnościowych, ponieważ posiadałem takie elementy w swoich zapasach. Transformator umieszczony w zasilaczu posiada dwie pary odseparowanych odczepów, pomiędzy którymi występują odpowiednie napięcia: 12 VAC i 24 VAC.

 

power_supply_scheme_1
Schemat ideowy części wykonawczej zasilacza laboratoryjnego

Na głównym PCB został również zamieszczony zasilacz pomocniczy dla termoregulatora obrotów wentylatora i mierników wykonany na mostku prostowniczym, kondensatorze filtrującym i odpowiednich stabilizatorach. Ponieważ wymagane napięcie mierników to +5V, zastosowany został stabilizator LM7805.

Termoregulator obrotów wentylatora wykonany w oparciu o stabilizator LM317 w obudowie TO-220, a także termistor NTC umieszczono w pobliżu tranzystora mocy. Prędkość obrotów wentylatora, a jednocześnie próg zadziałania reguluje się potencjometrem montażowym umieszczonym na płyce. Stabilizator LM317  wraz z LM7805 został przymocowany do niewielkiego radiatora, ze względu na ilość wydzielanego ciepła.

power_supply_scheme_2
Schemat ideowy układu termoregulatora zasilacza laboratoryjnego

Pomiar napięć i prądów


Mierniki wyskalowano na potrzeby tego zasilacza przez dobranie odpowiednich dzielników napięć na ich wejściach. Zakres woltomierza wynosi od 0 V do 99 V, przy dokładności do części dzięsiątych wolta, natomiast bezpieczny zakres amperomierza przy zastosowanym boczniku 0,1 Ω, 5 W to około 5 A. Stosując rezystor o większej mocy zakres ten można byłoby zwiększyć do 9,99 A. Problemem mogą być wtedy spore straty mocy na takim boczniku, co można obliczyć w następujący sposób. Przykładowo dla prądu 10 A przepływającego przez rezystor 0,1 Ω, straty będą na poziomie 10 W (P=UxI). Należy do tego wspomnieć o znaczących błędach pomiarowych, wiążących się ze zmianą temperatury takiego rezystora. Dlatego najlepszy rozwiązaniem dla większych prądów wydaje się zastosowanie typowego bocznika o znacznie mniejszym oporze i dryfie temperaturowym, ewentualnie rezystora 0,01 Ω i jednocześnie odpowiednia zmiana dzielnika napięcia na wejściu amperomierza. Poniżej przedstawiono schematy ideowe woltomierza i amperomierza.

 

Schemat ideowy woltomierza
Schemat ideowy woltomierza
Schemat ideowy amperomierza
Schemat ideowy amperomierza

Obudowa


Ze względów ekonomicznych zdecydowałem się na użycie obudowy po uszkodzonym zasilaczu ATX. Niepotrzebne otwory zostały wypełnione blaszkami, które polutowano, a także wypełnione żywicą poliestrową. Całość została pomalowana na czarno farbą akrylową. Odnośnie panelu przedniego, wygląda nie najlepiej (nie posiada jednolitego koloru). Odpowiedzialna jest za to głównie słaba jakość wydruku, a także nieodpowiednie zgrzanie foli w procesie laminowania. Wymagane było ręczne tzn. żelazkiem zgrzewanie laminatu, gdyż zaczął się rozchodzić podczas wycinania otworów. W roli filtrów wyświetlaczy użyłem foli do przyciemniania szyb. Panele zaprojektowane zostały w programie GIMP.

Uruchomienie


Jeśli chodzi o pierwsze uruchomienie, sporo nerwów kosztowało mnie ograniczenie prądowe, które nie działało z powodu mikrozwarcia na płytce. Udało się też spalić jeden wzmacniacz operacyjny przez złe podłączenie tranzystora Q1. Również woltomierz nie działał od razu, a objawiało się to skaczącymi odczytami. Przyczyną był wadliwy kondensator na wejściu pomiarowym.

Modyfikacje zasilacza ATX


Cała operacja polegała na kosmetycznych zmianach, czyli umieszczeniu gniazd na panelu przednim, diody sygnalizującej pracę i włącznika sieciowego. Zwarte zostały również odpowiednie styki, czyli „Power On” (przeważnie zielony przewód) z masą, aby zasilacz od razu pracował po załączeniu zasilania. Urządzenie bardzo dobrze sprawdza się między innymi jako źródło zasilania dla wiertarki PCB.

Podsumowanie


Poniżej zdjęcia zasilacza. Odnośnie amperomierza, oczywiście działa, tylko wyświetlacz jest koloru zielonego i nie ma szans na uchwycenie go na zdjęciu zaświeconego. Z perspektywy czasu mogę bez wahania stwierdzić, że przedstawione konstrukcje chociaż nie są pozbawione wad, to jednak dobrze sprawdzają się w roli zasilaczy laboratoryjnych. Wykorzystanie dwóch urządzeń pozwala z jednej strony uzyskać możliwość zasilania urządzeń o niestandardowych napięciach zasilania oraz testowania nowych konstrukcji ze względu na ograniczenie prądowe. Z drugiej strony, zmodyfikowany zasilacz ATX cechujący się dużą wydajnością prądową pozwala zasilać bardziej prądożerne urządzenia.

Galeria


 

Tagi: , , , , ,

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

  • Polski
  • English