Potente fuente de alimentación de protección de corriente

Toda persona que recolecte circuitos electrónicos necesita una fuente de alimentación universal que permita una amplia variación del voltaje de salida, control de corriente y, si es necesario, desconectar el dispositivo alimentado. En las tiendas, estas fuentes de alimentación de laboratorio son muy caras, pero puede ensamblar una usted mismo a partir de componentes de radio comunes. La fuente de alimentación presentada incluye:

• Regulación de voltaje hasta 24 voltios;
• La corriente máxima dada a la carga es de hasta 5 amperios;
• Protección actual con la elección de varios valores fijos;
• Refrigeración activa para operación a altas corrientes;
• Dial indicadores de corriente y voltaje;

Circuito regulador de voltaje

La versión más simple y económica del regulador de voltaje es un circuito en un chip especial llamado regulador de voltaje. La opción más adecuada es LM338, proporciona una corriente máxima de 5 A y un mínimo de ondulación en la salida. LM350 y LM317 también son adecuados aquí, pero la corriente máxima en este caso será de 3 A y 1,5 A, respectivamente. Una resistencia variable sirve para ajustar el voltaje, su clasificación depende del voltaje máximo que necesita para llegar a la salida. Si la salida máxima requiere 24 voltios, necesita una resistencia variable con una resistencia de 4.3 kOhm. En este caso, debe tomar un potenciómetro estándar a 4.7 kOhm y conectar una constante a 47 kOhm en paralelo, la resistencia total será de aproximadamente 4.3 kOhm. Para alimentar todo el circuito, necesita una fuente de CC con un voltaje de 24-35 voltios, en mi caso es un transformador normal con un rectificador incorporado. También puede utilizar cargadores de portátiles u otras fuentes de conmutación adecuadas para la corriente.
Este regulador de voltaje es lineal, lo que significa que toda la diferencia entre el voltaje de entrada y salida cae en un chip y se disipa en forma de calor. A altas corrientes, esto es muy crítico, por lo que el microcircuito debe instalarse en un radiador grande, el radiador del procesador de la computadora, trabajando en conjunto con el ventilador, es lo mejor para esto. Para que el ventilador no gire todo el tiempo en vano, sino que se encienda solo cuando el radiador se esté calentando, es necesario ensamblar un pequeño sensor de temperatura.

Circuito de control del ventilador

Se basa en un termistor NTC, cuya resistencia varía con la temperatura: al aumentar la temperatura, la resistencia disminuye significativamente y viceversa. El amplificador operacional actúa como un comparador, registrando un cambio en la resistencia del termistor. Cuando se alcanza el umbral, el voltaje aparece en la salida del amplificador operacional, el transistor desbloquea y enciende el ventilador, con el cual se enciende el LED. Se utiliza una resistencia de ajuste para ajustar el umbral, su valor debe seleccionarse en función de la resistencia del termistor a temperatura ambiente. Supongamos que un termistor tiene una resistencia de 100 kOhm, en este caso la resistencia de sintonización debe tener un valor nominal de aproximadamente 150-200 kOhm. La principal ventaja de este esquema es la presencia de histéresis, es decir diferencias entre los umbrales para encender y apagar el ventilador. Debido a la histéresis, el ventilador no se enciende y apaga con frecuencia a una temperatura cercana al umbral. El termistor se muestra en el cableado directamente al radiador y se instala en cualquier lugar conveniente.
Circuito de protección de corriente
Quizás la parte más importante de toda la fuente de alimentación es la protección actual. Funciona de la siguiente manera: la caída de voltaje a través de la derivación (resistencia con una resistencia de 0.1 Ohm) se amplifica a un nivel de 7-9 voltios y se compara con una referencia usando un comparador. El voltaje de referencia para la comparación se establece mediante cuatro resistencias de sintonía en el rango de cero a 12 voltios, la entrada del amplificador operacional está conectada a las resistencias a través de un interruptor de llave de 4 posiciones. Por lo tanto, al cambiar la posición del interruptor de galletas, podemos elegir entre 4 opciones predefinidas para las corrientes de protección. Por ejemplo, puede establecer los siguientes valores: 100 mA, 500 mA, 1.5 A, 3 A. Si se excede la corriente establecida por el selector, la protección funcionará, el voltaje ya no se emitirá y el LED se encenderá. Para restablecer la protección, solo presione brevemente el botón, el voltaje de salida aparecerá nuevamente. La quinta resistencia de sintonización es necesaria para establecer la ganancia (sensibilidad), debe configurarse de modo que cuando la corriente a través del shunt de 1 amperio, el voltaje en la salida del amplificador operacional sea de aproximadamente 1-2 voltios. La resistencia para configurar la histéresis de protección es responsable de la "nitidez" del circuito, debe ajustarse si el voltaje de salida no desaparece por completo. Este circuito es bueno porque tiene una alta velocidad de respuesta, activando la protección instantáneamente cuando se excede la corriente.

Unidad de visualización de corriente y voltaje

La mayoría de las fuentes de alimentación de laboratorio están equipadas con voltímetros y amperímetros digitales, que muestran valores en forma de números en el marcador. Esta opción es compacta y proporciona una buena precisión de las lecturas, pero es completamente inconveniente para la percepción. Por eso, como indicación, se decidió utilizar puntas de flecha, cuyas lecturas se perciben fácil y agradablemente. En el caso de un voltímetro, todo es simple: se conecta a los terminales de salida de la fuente de alimentación a través de una resistencia de recorte con una resistencia de aproximadamente 1-2 MOhm. Para que el amperímetro funcione correctamente, se requiere un amplificador de derivación, cuyo circuito se muestra a continuación.
Se necesita una resistencia de sintonización para ajustar la ganancia, en la mayoría de los casos es suficiente para dejarla en la posición media (aproximadamente 20-25 kOhm). La cabeza del interruptor se conecta a través de un interruptor de marcación, con el que puede seleccionar una de las tres resistencias de sintonización, con las cuales se establece la corriente de la desviación máxima del amperímetro. Por lo tanto, el amperímetro puede funcionar en tres rangos: hasta 50 mA, hasta 500 mA, hasta 5A, esto garantiza la máxima precisión de las lecturas en cualquier corriente de carga.

Asamblea de la fuente de alimentación

Placa de circuito impreso:
Ahora que se han tenido en cuenta todos los aspectos teóricos, podemos comenzar a ensamblar la parte electrónica de la estructura. Todos los elementos de la fuente de alimentación: regulador de voltaje, sensor de temperatura del radiador, unidad de protección, amplificador de derivación para el amperímetro se ensamblan en una placa, cuyas dimensiones son 100x70 mm. El tablero está hecho por el método LUT, a continuación se muestran algunas fotos del proceso de fabricación.
Las rutas de alimentación a lo largo de las cuales fluye la corriente de carga, es deseable estañar con una capa gruesa de soldadura para reducir la resistencia. Primero, se instalan piezas pequeñas en el tablero.
Después de eso, todos los demás componentes. El microcircuito 78L12 que suministra el sensor de temperatura y el enfriador debe instalarse en un radiador pequeño, cuyo lugar se proporciona en la placa de circuito impreso. Por último, los cables se sueldan a la placa, en la que se emiten el ventilador, el termistor, el botón de reinicio de protección, los interruptores de llave, los LED, el chip LM338, la entrada y salida de voltaje. La entrada de voltaje se conecta más convenientemente a través de un conector de CC, mientras que se debe tener en cuenta que debe proporcionar una gran corriente. Todos los cables de alimentación deben usarse de acuerdo con la sección transversal actual, preferiblemente cobre. Además, la salida de la placa de circuito impreso no va directamente a los terminales de salida, sino a través de un interruptor de palanca con dos grupos de contactos. El segundo grupo enciende y apaga el LED, lo que indica si se aplica voltaje a los terminales.

Montaje del cuerpo

La carcasa se puede encontrar ya hecha o ensamblada de forma independiente. Puedes hacerlo, por ejemplo, de madera contrachapada y tablero de fibra, como hice yo. En primer lugar, se corta un panel frontal rectangular, en el que se instalarán todos los controles.
Luego se hacen las paredes y el fondo de la caja, la estructura se sujeta con tornillos autorroscantes. Cuando el marco está listo, puede instalar todos los componentes electrónicos en su interior.
Los controles, las puntas de flecha, los LED se instalan en sus lugares en el panel frontal, la placa se coloca dentro de la caja, el radiador con ventilador está montado en el panel posterior. Para montar los LED, se utilizan soportes especiales. Es deseable duplicar los terminales de salida, especialmente porque el lugar lo permite. Las dimensiones de la caja son 290x200x120 mm, todavía hay mucho espacio libre dentro de la caja y puede caber, por ejemplo, un transformador para alimentar todo el dispositivo.

Personalización

A pesar de muchas resistencias de sintonización, configurar la fuente de alimentación es bastante sencillo. En primer lugar, calibre el voltímetro conectando un terminal externo a los terminales de salida. Al girar la resistencia de sintonización, conectada en serie con la punta de flecha del voltímetro, logramos lecturas iguales. Luego conectamos cualquier carga con un amperímetro a la salida y calibramos el amplificador de derivación. Rotando cada una de las tres resistencias interlineales, logramos coincidencias de lecturas en cada uno de los tres rangos de medición del amperímetro; en mi caso, son 50 mA, 500 mA y 5A. A continuación, establecemos las corrientes de protección necesarias con la ayuda de cuatro resistencias de sintonización. No es difícil hacer esto, dado que el amperímetro estándar ya está calibrado y muestra la corriente exacta. Aumentamos gradualmente el voltaje (la corriente también aumenta) y observamos la corriente a la que se activa la protección. Luego giramos cada una de las resistencias, configurando las cuatro corrientes de protección necesarias, entre las cuales puede cambiar usando el interruptor de marcación. Ahora solo queda establecer el umbral deseado para el sensor de temperatura del radiador: la configuración se ha completado.