Leistungsstarkes Stromschutznetzteil

Jede Person, die elektronische Schaltkreise sammelt, benötigt eine universelle Stromquelle, mit der sich die Ausgangsspannung und der Strom steuern und gegebenenfalls das mit Strom versorgte Gerät trennen lässt. In Geschäften sind solche Laborstromversorgungen sehr teuer, aber Sie können eine selbst aus üblichen Funkkomponenten zusammenbauen. Das vorgestellte Netzteil beinhaltet:

• Spannungsregelung bis 24 Volt;
• Der maximale Strom, der der Last zugeführt wird, beträgt bis zu 5 Ampere.
• Stromschutz durch Auswahl mehrerer Festwerte;
• Aktive Kühlung für den Betrieb bei hohen Strömen;
• Messuhren für Strom und Spannung;

Spannungsreglerschaltung

Die einfachste und kostengünstigste Version des Spannungsreglers ist ein Schaltkreis auf einem speziellen Chip, der als Spannungsregler bezeichnet wird. Die am besten geeignete Option ist LM338, sie liefert einen maximalen Strom von 5 A und ein Minimum an Welligkeit am Ausgang. LM350 und LM317 sind auch hier geeignet, aber der maximale Strom beträgt in diesem Fall 3 A bzw. 1,5 A. Ein variabler Widerstand dient zur Einstellung der Spannung. Die Nennspannung hängt davon ab, welche maximale Spannung am Ausgang anliegt. Wenn die maximale Leistung 24 Volt erfordert, benötigen Sie einen variablen Widerstand mit einem Widerstandswert von 4,3 kOhm. In diesem Fall müssen Sie ein Standard-Potentiometer mit 4,7 kOhm verwenden und eine Konstante mit 47 kOhm parallel dazu schalten, der Gesamtwiderstand beträgt ungefähr 4,3 kOhm. Um den gesamten Stromkreis zu versorgen, benötigen Sie eine Gleichstromquelle mit einer Spannung von 24-35 Volt. In meinem Fall handelt es sich um einen normalen Transformator mit eingebautem Gleichrichter. Sie können auch Laptop-Ladegeräte oder andere für den Strom geeignete Schaltquellen verwenden.
Dieser Spannungsregler ist linear, dh die gesamte Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung fällt auf einen Chip und wird in Form von Wärme abgeführt. Bei hohen Strömen ist dies sehr kritisch, daher muss die Mikroschaltung auf einem großen Kühler installiert werden. Der Kühler des Computerprozessors, der zusammen mit dem Lüfter arbeitet, ist hierfür am besten geeignet. Um sicherzustellen, dass der Lüfter nicht die ganze Zeit umsonst dreht, sondern nur einschaltet, wenn der Kühler heizt, muss ein kleiner Temperatursensor montiert werden.

Lüftersteuerkreis

Es basiert auf einem NTC-Thermistor, dessen Widerstand sich mit der Temperatur ändert - mit zunehmender Temperatur nimmt der Widerstand erheblich ab und umgekehrt. Der Operationsverstärker fungiert als Komparator und registriert eine Widerstandsänderung des Thermistors. Wenn die Schwelle erreicht ist, erscheint die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers, der Transistor entriegelt und startet den Lüfter, mit dem die LED aufleuchtet. Ein Abgleichwiderstand wird zum Einstellen der Schwelle verwendet. Sein Wert sollte auf der Grundlage des Widerstandswerts des Thermistors bei Raumtemperatur ausgewählt werden. Angenommen, ein Thermistor hat einen Widerstand von 100 kOhm. In diesem Fall sollte der Abstimmwiderstand einen Nennwert von etwa 150-200 kOhm haben. Der Hauptvorteil dieses Schemas ist das Vorhandensein von Hysterese, d.h. Unterschiede zwischen den Schwellenwerten für das Ein- und Ausschalten des Lüfters. Aufgrund der Hysterese schaltet sich der Lüfter bei einer Temperatur nahe der Schwelle nicht häufig ein und aus. Der Thermistor wird an der Verkabelung direkt zum Heizkörper angezeigt und an einem geeigneten Ort installiert.
Stromschutzschaltung
Der vielleicht wichtigste Teil der gesamten Stromversorgung ist der Stromschutz. Dies funktioniert folgendermaßen: Der Spannungsabfall über dem Shunt (Widerstand mit einem Widerstandswert von 0,1 Ohm) wird auf einen Pegel von 7-9 Volt verstärkt und mit einem Komparator mit einer Referenz verglichen. Die Referenzspannung zum Vergleich wird von vier Abstimmwiderständen im Bereich von Null bis 12 Volt eingestellt, der Eingang des Operationsverstärkers wird über einen 4-Positionen-Schlüsselschalter mit den Widerständen verbunden. Wenn Sie also die Position des Keksschalters ändern, können Sie aus 4 vordefinierten Optionen für Schutzströme auswählen. Sie können zum Beispiel folgende Werte einstellen: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Wenn der mit dem Drehschalter eingestellte Strom überschritten wird, funktioniert der Schutz, die Spannung wird nicht mehr ausgegeben und die LED leuchtet auf. Um den Schutz zurückzusetzen, drücken Sie einfach kurz die Taste. Die Ausgangsspannung wird wieder angezeigt. Der fünfte Abstimmwiderstand ist erforderlich, um die Verstärkung (Empfindlichkeit) einzustellen. Er muss so eingestellt werden, dass bei einem Strom durch den Shunt von 1 Ampere die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers etwa 1-2 Volt betrug. Der Widerstand zum Einstellen der Schutzhysterese ist für die "Schärfe" des Schaltkreisschnappens verantwortlich und muss angepasst werden, wenn die Ausgangsspannung nicht vollständig verschwindet. Dieser Schaltkreis ist gut, da er eine hohe Ansprechgeschwindigkeit hat und den Schutz sofort einschaltet, wenn der Strom überschritten wird.

Strom- und Spannungsanzeigeeinheit

Die meisten Labornetzgeräte sind mit digitalen Volt- und Amperemeter ausgestattet, die Werte in Form von Zahlen auf der Anzeigetafel anzeigen. Diese Option ist kompakt und liefert eine gute Genauigkeit der Ablesungen, ist jedoch für die Wahrnehmung völlig unpraktisch. Aus diesem Grund wurde beschlossen, zur Anzeige Pfeilspitzen zu verwenden, deren Ablesungen leicht und angenehm wahrgenommen werden. Bei einem Voltmeter ist alles einfach - es wird über einen Abgleichwiderstand mit einem Widerstand von ca. 1-2 MOhm an die Ausgangsklemmen des Netzteils angeschlossen. Damit das Amperemeter ordnungsgemäß funktioniert, ist ein Nebenschlussverstärker erforderlich, dessen Schaltung unten dargestellt ist.
Zum Einstellen der Verstärkung wird ein Abstimmwiderstand benötigt. In den meisten Fällen reicht es aus, ihn in der mittleren Position zu belassen (ca. 20-25 kOhm). Der Schaltkopf wird über einen Drehschalter angeschlossen, mit dem Sie einen von drei Abstimmwiderständen auswählen können, mit denen der Strom der maximalen Abweichung des Amperemeter eingestellt wird. Somit kann das Amperemeter in drei Bereichen betrieben werden - bis zu 50 mA, bis zu 500 mA, bis zu 5 A. Dies gewährleistet maximale Genauigkeit der Messwerte bei jedem Laststrom.

Netzteilbaugruppe

Leiterplatte:
Nachdem alle theoretischen Aspekte berücksichtigt wurden, können wir beginnen, den elektronischen Teil der Struktur zusammenzusetzen. Alle Elemente der Stromversorgung - Spannungsregler, Heizkörpertemperatursensor, Schutzeinheit, Nebenschlussverstärker für den Amperemeter - sind auf einer Platine mit den Abmessungen 100 x 70 mm montiert. Die Platine wird nach der LUT-Methode hergestellt. Nachfolgend einige Fotos des Herstellungsprozesses.
Strompfade, auf denen der Laststrom fließt, sollten mit einer dicken Lotschicht verzinnt werden, um den Widerstand zu verringern. Zunächst werden kleine Teile auf der Platine installiert.
Danach alle anderen Komponenten. Der Mikrokreis 78L12, der den Temperatursensor und den Kühler versorgt, muss auf einem kleinen Kühler installiert werden, dessen Platz auf der Leiterplatte vorgesehen ist. Zuletzt werden die Drähte auf die Platine gelötet, auf der der Lüfter, der Thermistor, der Reset-Schutzknopf, die Schlüsselschalter, die LEDs, der LM338-Chip sowie der Spannungseingang und -ausgang ausgegeben werden. Der Spannungseingang wird am bequemsten über einen Gleichstromstecker angeschlossen, wobei zu beachten ist, dass er einen hohen Strom liefern muss. Alle Stromkabel müssen entsprechend dem Stromquerschnitt verwendet werden, vorzugsweise Kupfer. Außerdem wird der Ausgang von der Leiterplatte nicht direkt an die Ausgangsanschlüsse geleitet, sondern über einen Kippschalter mit zwei Kontaktgruppen. Die zweite Gruppe schaltet die LED ein und aus und zeigt an, ob an den Klemmen Spannung anliegt.

Aufbau Montage

Das Gehäuse kann entweder vorgefertigt oder eigenständig montiert werden. Sie können es zum Beispiel aus Sperrholz und Faserplatten machen, wie ich es tat. Zunächst wird eine rechteckige Frontplatte ausgeschnitten, auf der alle Bedienelemente installiert werden.
Dann werden die Wände und der Boden des Kastens hergestellt, die Struktur wird zusammen mit selbstschneidenden Schrauben befestigt. Wenn der Rahmen fertig ist, können Sie die gesamte Elektronik im Inneren installieren.
Bedienelemente, Pfeilspitzen und LEDs befinden sich an ihren Positionen auf der Vorderseite, die Platine befindet sich im Inneren des Gehäuses, der Kühler mit Lüfter ist auf der Rückseite montiert. Zur Montage der LEDs werden spezielle Halter verwendet. Es ist wünschenswert, die Ausgangsanschlüsse zu duplizieren, insbesondere da der Ort dies zulässt. Das Gehäuse misst 290x200x120 mm, im Inneren des Gehäuses ist noch viel Platz und es kann beispielsweise ein Transformator für die Stromversorgung des gesamten Geräts untergebracht werden.

Anpassung

Trotz vieler Abstimmwiderstände ist das Einrichten der Stromversorgung recht unkompliziert. Kalibrieren Sie zunächst das Voltmeter, indem Sie ein externes Gerät an die Ausgangsklemmen anschließen. Durch Drehen des Abstimmwiderstands, der in Reihe mit der Pfeilspitze des Voltmeters geschaltet ist, werden gleiche Messwerte erzielt. Dann schließen wir eine Last mit einem Amperemeter an den Ausgang an und kalibrieren den Shunt-Verstärker. Durch Drehen von jeweils drei interlinearen Widerständen erzielen wir eine Übereinstimmung der Messwerte in jedem der drei Messbereiche des Amperemeter - in meinem Fall 50 mA, 500 mA und 5A. Als nächstes stellen wir mit Hilfe von vier Abstimmwiderständen die notwendigen Schutzströme ein. Dies ist nicht schwierig, da das Standard-Amperemeter bereits kalibriert ist und den genauen Strom anzeigt. Wir erhöhen allmählich die Spannung (der Strom steigt auch) und sehen uns den Strom an, bei dem der Schutz ausgelöst wird. Dann drehen wir jeden der Widerstände und stellen die vier erforderlichen Schutzströme ein, zwischen denen Sie mit dem Wählschalter umschalten können. Jetzt muss nur noch die gewünschte Schwelle für den Kühlertemperatursensor eingestellt werden - die Einstellung ist abgeschlossen.