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 (U vyst 30V / I vyst 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 ( U vyst +1,2V až +37V, I vyst 1,5A, tolerance 4%, U max 40V) chladič pro polovodiče CHL37/140BLK (120 x37x140 mm, R th 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 R th = 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: U1 230V U2 29V I1.1,084A I2.6,896A 115mm, 52mm - 2 -
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 (40Ω; I max 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 10000µF/50V, je možno použít také dva kondenzátory s kapacitou 4700µF/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 36Ω, 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 36Ω 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 0,22Ω 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 0,22Ω. Dá se říct, že jde o vyhodnocení úbytku napětí na rezistoru 0,22Ω. Tento úbytek napětí je přiveden na OZ kde je zesílen 10 100 krát (dáno nastavením potenciometrů). Trimrem 47KΩ/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. 35Ω/50W nebo jiný, jaký je k dispozici. Potenciometry P2a a P2b vytočíme do koncových poloh a trimrem Tr1 (47KΩ/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 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 75 O C 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 52m 3 /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 1MΩ D1,D2 BZX85/5V6 R2,R4 1KΩ Q1 LED 5mm, G R5 6,8KΩ Q2 LED 5mm, R C1,C2 220nF/275V CFAC Vr1 V250LA40 C3 100nF/275V CFAC Tr1 NTC 3,4A T1 BC639 CONN1,2 ARK500/2SV F1 PP5 F2A - 5 -
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 U nap 8V až 10V, I nap 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 2200µF/25V BR1 B250R C2,C3 100nF/ker. IO1 7812 R1 470Ω IO2 7809 R2 330Ω Q1,Q2 LED5mm / G CONN1,2,3 ARK500/2SV 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: (U nap 8V až 10V, I nap 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 I max 1,6mA. Za transformátorem jednoduchý usměrňovač tvořený 4 diodami 1N4001 a filtrační kondenzátor s kapacitou 1000µ/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 Napájení PMV7106 +Ucc 9V 3,4 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 0,22Ω / 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 185VA Počet závitů Primár 845 Výkon 150W Počet závitů Sekundár 110 Primární napětí 230V Průměr vodiče Primár 0,58 Sekundární napětí 30V Průměr vodiče Sekundár 1,60 Primární proud 0,8A Sekundární proud 5A Počet závitů / 1V 3,67 Šířka sloupku 12.25-7 -
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 1K8Ω BR1 KBPC2506F R3 1KΩ D1,D2,D3 1N4001 C1,C2 4700µF/50V D4 BZX85/8V2 C3 100nF/ker. F1 PP6 F15A C4,C5 47µF/50V F2 PP6 F10A TR1 200VA/30V/6,5A Q1,Q2 LED 5mm, R - 9 -
Schéma hlavní části laboratorního zdroje Seznam součástek pro hlavní část laboratorního zdroje: R1 36Ω T1 MJ4502 R2 0,22Ω D1,D2 1N4001 R3,R5 220Ω D3 P600B R4 680Ω IO1 LM317T R6 10KΩ IO2 LM741 R7 8K2Ω Q1 LED 5mm, R R8 47KΩ/PT10LV F1 PP6 F6,3A C1 10µF/50V CONN1 CKK5/2 C2 1,5nF/ker. P1a 5KΩ/lin. C3 1µF/50V P1b 500Ω/lin. C4 470µf/50V P2a 10KΩ/lin. CHL CHL37/140 BLK P2b 1KΩ/lin. Nákres ventilátoru a rozměry - 10 -
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 4700µF/25V BR1 KBU8J C2,C3,C4 100nF/ker. IO1 7812 R1 470Ω IO2 7805 R2 330Ω Q1,Q2 LED5mm / G CONN1,2,3 ARK500/2SV - 11 -
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 4700µF/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 -