Regulovatelný napájecí zdroj 0 – 30V / 0 – 5A

Regulovatelný napájecí zdroj 0 – 30V / 0 – 5A
Michal Slánský
Tento zdroj se řádí mezi jedny z nejčastějších a nejoblíbenějších konstrukcí „laboratorních“
napájecích zdrojů. V obvodech tohoto zdroje je použit známý a populární integrovaný obvod LM317T
v pouzdru TO220, který je navíc posílen výkonovým tranzistorem a tím je zajištěn větší dovolený
proudový odběr. Zdroj je doplněn o digitální měřidlo s obvodem 7106 / 7107 a LCD / LED displejem.
I když už jsou v dnešní době tyto zdroje na ústupu a nahrazují je zdroje spínané, stále jsou v oblibě,
protože spínané zdroje už se neobejdou bez znalostí moderních IO a vlastností spínaných zdrojů.
Parametry / Technické údaje
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
výstupní napětí 0 – 30V (nejnižší dosažitelná hodnota 1,2V – vlastnosti IO LM317T)
proudové omezení 0 – 5A (dosažení proudového omezení indikováno LED)
vstupní napětí 25 – 35V stř. / 30 – 40V ss.
maximální 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 x37x140 mm, Rth 1,3K/W, BLK)
chladič doplněn o ventilátor CH80S-12M (80x80x25 mm; 12V; RPM 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, jeho ceny a jeho parametrů. Tento stabilizátor
má napěťový rozsah +1,2V až +37V a dovolené proudové zatížení 1,5A při toleranci výstupního napětí
2,5%. 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 tranzistorů je hlavní podmínkou pro průchod velkých proudu kvalitní chlazení, v tomto
případě použití chladiče CHL37D/140 BLK, tento chladič má rozměry 120x37x140mm a tepelnou
vodivost Rth = 1,3K/W. Tento chladič je doplněn o ventilátor typu KDE1208-PTS1, který zajistí lepší
odvod tepla z chladiče. Ventilátor zajistí lepší cirkulaci vzduchu mezi žebry chladiče a tím pádem je
dovolen i větší ztrátový výkon vyzářený do tělesa chladiče. Ventilátor je vhodné umístit alespoň 5 až
10mm nad úroveň žeber chladiče, aby docházelo ke správnému průtoku vzduchu mezi žebry.
Ventilátor je vhodné umístit, tak aby vzduch byl hnán na chladič, ne aby byl odčerpáván teplý vzduch.
obr. 1 – nákres chladiče
CHL37D/140 BLK
Šířka 120mm
Délka 140mm
Výška 37mm
-1-
K připevnění polovodičových prvků použijeme šrouby, které dostatečně dotáhneme, aby byl co
nejlepší kontakt mezi chladičem a polovodičovým prvkem. Pro zlepšení tepelné vodivosti natřeme
kontaktní plochy teplo-vodivou pastou na chladiče, nezapomeneme na slídovou, nebo silikonovou
podložku pod výkonový tranzistor a ostatní polovodičové prvky. Na obr. 2 je nákres umístění
ventilátoru na chladiči a znázornění toku vzduchu mezi žebry chladiče CHL37D/140 BLK.
obr. 2 – nákres umístění ventilátoru
Ve zdroji je použit také usměrňovací můstek typu KBPC2506F (600V; 25A; pouzdro KBPC) s vývody
FASTON 6,3. Na tomto můstku vzniká také nemalé ztrátové teplo, a tak je vhodné umístit tento
můstek na chladič spolu s výkonovým tranzistorem. Pod diodový můstek můžeme dát také trochu
teplo-vodivé pasty pro snížení tepelného odporu. Na obr. 3 je nákres diodového můstku a tranzistoru.
Diodový můstek KBPC2506F
Pouzdra výkonových tranzistoru BD250B a MJ4502
Tranzistor a diodový můstek jsou připojeny k desce plošných spojů DPS dostatečně silnými vodiči,
které jsou zakončeny konektory typu FASTON 6,3. Tyto vodiče by měli být alespoň takového průřezu,
aby byly dimenzovány na tekoucí 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:
Rozměry:
-2-
U1………230V
U2………29V
I1……….1,084A
I2……….6,896A
Æ115mm , 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 nabíjení elektrolytických
filtračních kondenzátorů tak vysoká, protože při zapnutí přístroje teče mnohonásobně vyšší proud než
při normálním provozu (kapacita se chová v okamžiku připojení jako zkrat na sekundární straně). Pro
zamezení velkých počátečních proudů lze vhodně využít zapojení výkonového termistoru do obvodu
primárního vinutí, termistor má při zapnutí velký odpor, který se při zvýšení teploty termistoru
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 (40W; 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 10000mF/50V, je
možno použít také dva kondenzátory s kapacitou 4700mF/50V. Za těmito kondenzátory se nachází
druhá pojistka PP6 F10A, která chrání zdroj proti přetížení při zkratu a proti zničení elektrolytických
kondenzátorů. Obě pojistky jsou umístěny v pouzdru DP10P, každá pojistka je doplněna o indikační
LED, která informuje o přerušení pojistky.
Pro funkci proudové pojistky potřebujeme zdroj záporného napětí pro operační zesilovač LM741.
Záporné napětí získáme za pomocí měniče. Měnič je složen ze dvou elektrolytických kondenzátorů a
dvou usměrňovacích diod, dále následuje stabilizátor se zenerovou diodou.
Dále se v obvodu nachází odpor s hodnotou 36W, kterým snímáme procházející proud do
stabilizátoru LM317T, 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 žádné ztrátové teplo. Za
tranzistorem je umístěn výkonový rezistor s hodnotou 0,22W s výkonovým zatížením 7W. Tento
rezistor slouží pro zjišťování výstupního proudu protékajícího do zátěže a také zde odebíráme
informaci pro nasazení proudové pojistky. Také zde snímáme úbytek napětí, který vznikne při
průchodu rezistorem, tuto informaci 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 0,22W. Dá se říct, že jde o vyhodnocení úbytku
napětí na rezistoru 0,22W. Tento úbytek napětí je přiveden na OZ kde je zesílen 10 – 100 krát (dáno
nastavením potenciometrů). Trimrem 47KW/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-ti otáčkových potenciometrů. Pro indikaci
nasazení proudové pojistky byla použita nízko-příkonová 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 anti-paralelně 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.
-3-
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. Při pocínování těchto cest 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 mohli
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 zkratového proudu. 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. 35W/50W nebo jiný, jaký je
k dispozici. Potenciometry P2a a P2b vytočíme do koncových poloh a trimrem Tr1 (47KW/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
ü
ü
ü
ü
ü
ü
ü
ü
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, nebo silikonovou podložku
pod tranzistor a teplovodivou 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 75OC 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.
-4-
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~.
Seznam součástek pro síťovou část
R1,R3
R2,R4
R5
C1,C2
C3
T1
1MW
1KW
6,8KW
220nF/275V CFAC
100nF/275V CFAC
BC639
D1,D2
Q1
Q2
Vr1
Tr1
CONN1,2
F1
-5-
BZX85/5V6
LED 5mm, G
LED 5mm, R
V250LA40
NTC 3,4A
ARK500/2SV
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.
Seznam součástek pro zdroj ventilátoru a měřícího modulu:
C1
C2,C3
R1
R2
CONN1,2,3
2200mF/25V
100nF/ker.
470W
330W
ARK500/2SV
BR1
IO1
IO2
Q1,Q2
B250R
7812
7809
LED5mm / G
Měřící přístroj ( Voltmetr, Ampérmetr )
Tato jediná konstrukční část se dá nahradit za jinou a to variantu s LCD display nebo LED display.
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 display je použit integrovaný obvod 7106 a ve verzi s LED display je použit
integrovaný 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 proudu a druhá měření napětí.
Také je v této konstrukci použito zakoupeného modulu měřícího
univerzálního přístroje
s následujícími parametry: (Unap 8V až 10V, Inap 1,6mA, Rozsah +/- 200mV). K tomuto měřícímu
přístroji lze zakoupit na display na přední panel krycí rámeček a čelní plexisklo. Tento modul měřícího
přístroje nabízí např. firma EZK. Pro zájemce o vlastní stavbu měřidla lze doporučit literaturu
Poznáváme Elektroniku III.
-6-
Upozornění!
Pro měřící přístroj je nutno použít nezávislí zdroj na laboratorním zdroji, je to zejména z důvodu kdy
měříme proud tak by došlo ke zkratu a k 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 1000m/25V. Dále pak
monolitický stabilizátor 7809. Stabilizátor není nutné umísťovat na chladič neboť ním protéká
zanedbatelný proud.
Na obr. 4 je schéma zapojení měřícího přístroje
Zapojení kontaktu označených na
schématu.
1,2
3,4
Napájení PMV7106 +Ucc 9V
Měřící svorky Uin +/- 200mV
1a,1b slouží pro měření napětí
2a,2b slouží pro měření proudu
3a,3b zvolený stav měření
Q1
Q2
měření napětí
měření proudu
1a,1b zapojeno na výstup zdroje
2a,2b zapojeno na snímací rezistor
0,22W / 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
Příkon
Výkon
Primární napětí
Sekundární napětí
Primární proud
Sekundární proud
Počet závitů / 1V
Šířka sloupku
185VA
150W
230V
30V
0,8A
5A
3,67
12.25
Počet závitů Primár
Počet závitů Sekundár
Průměr vodiče Primár
Průměr vodiče Sekundár
-7-
845
110
0,58
1,60
Blokové schéma
Provedení předního panelu
Tento obrázek ukazuje případné řešení předního panelu. Tento panel berte za ukázkový.
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.
Na obrázku provedení předního panelu je navíc potenciometr a zdířky pro doplnění zdroje o
regulátor a zdroj vrtačky. Tyto zdířky a potenciometr na předním panelu být nemusí. Regulátor otáček
pro vrtačku je pouze jako doplněk pro laboratorní zdroj a je o něm zmínka na konci této konstrukce.
Závěr
Tento zdroj se řadí mezi profesionální napájecí zdroje 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.
-8-
Použitá literatura
·
·
·
·
·
·
·
·
·
Napájecí zdroje I., II., III.
Konstrukce s LM317
Firemní literatura National Semiconductor ( obvody LM117/317 )
Poznáváme elektroniku I., II., III., IV.
555C++ Praktická příručka pro konstruktéry
Elektronika – obvody, součástky, děje
Katalog GM Elektronics
Katalog FK Technics
Katalog EZK
Schéma vstupní části laboratorního zdroje
Seznam součástek pro vstupní část laboratorního zdroje:
R1,R2
R3
C1,C2
C3
C4,C5
TR1
1K8W
1KW
4700mF/50V
100nF/ker.
47mF/50V
200VA/30V/6,5A
BR1
D1,D2,D3
D4
F1
F2
Q1,Q2
-9-
KBPC2506F
1N4001
BZX85/8V2
PP6 F15A
PP6 F10A
LED 5mm, R
Schéma hlavní části laboratorního zdroje
Seznam součástek pro hlavní část laboratorního zdroje:
R1
R2
R3,R5
R4
R6
R7
R8
C1
C2
C3
C4
CHL
36W
0,22W
220W
680W
10KW
8K2W
47KW/PT10LV
10mF/50V
1,5nF/ker.
1mF/50V
470mf/50V
CHL37/140 BLK
T1
D1,D2
D3
IO1
IO2
Q1
F1
CONN1
P1a
P1b
P2a
P2b
Nákres ventilátoru a rozměry
- 10 -
MJ4502
1N4001
P600B
LM317T
LM741
LED 5mm, R
PP6 F6,3A
CKK5/2
5KW/lin.
500W/lin.
10KW/lin.
1KW/lin.
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
C2,C3,C4
R1
R2
CONN1,2,3
4700mF/25V
100nF/ker.
470W
330W
ARK500/2SV
BR1
IO1
IO2
Q1,Q2
- 11 -
KBU8J
7812
7805
LED5mm / G
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.
- 12 -
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.
- 13 -
Návrhy desek plošných spojů:
Napájecí deska laboratorního zdroje – vstupní díl (TOP)
Napájecí deska laboratorního zdroje – vstupní díl (BOTTOM)
- 14 -
Síťová část – deska plošných spojů (TOP)
Síťová část – deska plošných spojů (BOTTOM)
- 15 -
Hlavní část napájecího zdroje (TOP)
Hlavní část napájecího zdroje (BOTTOM)
- 16 -