Fonte de alimentação poderosa para proteção de corrente

Toda pessoa que coleta circuitos eletrônicos precisa de uma fonte de energia universal que permita uma ampla variação da tensão de saída, controle de corrente e, se necessário, desconecte o dispositivo energizado. Nas lojas, essas fontes de alimentação de laboratório são muito caras, mas você pode montar uma a partir de componentes de rádio comuns. A fonte de alimentação apresentada inclui:

• Regulação de tensão de até 24 volts;
• A corrente máxima fornecida à carga é de até 5 amperes;
• Proteção de corrente com a escolha de vários valores fixos;
• Resfriamento ativo para operação em altas correntes;
• Mostradores de corrente e tensão;

Circuito regulador de tensão

A versão mais simples e acessível do regulador de tensão é um circuito em um chip especial chamado regulador de tensão. A opção mais adequada é o LM338, que fornece uma corrente máxima de 5 A e um mínimo de ondulação na saída. O LM350 e o LM317 também são adequados aqui, mas a corrente máxima nesse caso será de 3 A e 1,5 A, respectivamente. Um resistor variável serve para ajustar a tensão, sua classificação depende da tensão máxima que você precisa obter na saída. Se a saída máxima exigir 24 volts, você precisará de um resistor variável com uma resistência de 4,3 kOhm. Nesse caso, é necessário pegar um potenciômetro padrão em 4,7 kOhm e conectar uma constante a 47 kOhm em paralelo, a resistência total será de 4,3 kOhm. Para alimentar todo o circuito, você precisa de uma fonte CC com uma tensão de 24-35 volts, no meu caso, é um transformador normal com um retificador embutido. Você também pode usar carregadores de laptop ou outras fontes de comutação adequadas à corrente.
Esse regulador de tensão é linear, o que significa que toda a diferença entre a tensão de entrada e saída cai em um chip e é dissipada sob a forma de calor. Em altas correntes, isso é muito crítico, portanto o microcircuito deve ser instalado em um radiador grande, o radiador do processador do computador, trabalhando em conjunto com o ventilador, é melhor para isso. Para que o ventilador não gire o tempo todo em vão, mas ligue apenas quando o radiador estiver aquecendo, é necessário montar um pequeno sensor de temperatura.

Circuito de controle do ventilador

É baseado em um termistor NTC, cuja resistência varia com a temperatura - com o aumento da temperatura, a resistência diminui significativamente e vice-versa. O amplificador operacional atua como um comparador, registrando uma alteração na resistência do termistor. Quando o limite é atingido, a tensão aparece na saída do amplificador operacional, o transistor destrava e liga o ventilador, com o qual o LED acende. Um resistor de corte é usado para ajustar o limiar; seu valor deve ser selecionado com base na resistência do termistor à temperatura ambiente. Suponha que um termistor tenha uma resistência de 100 kOhm; nesse caso, o resistor de ajuste deve ter um valor nominal de cerca de 150-200 kOhm. A principal vantagem desse esquema é a presença de histerese, ou seja, diferenças entre os limites para ligar e desligar o ventilador. Devido à histerese, o ventilador não liga e desliga frequentemente a uma temperatura próxima ao limite. O termistor é exibido na fiação diretamente no radiador e instalado em qualquer local conveniente.
Circuito de proteção de corrente
Talvez a parte mais importante de toda a fonte de alimentação seja a proteção contra corrente. Funciona da seguinte forma: a queda de tensão através do shunt (resistor com resistência de 0,1 Ohm) é amplificada para um nível de 7-9 volts e é comparada com uma referência usando um comparador. A tensão de referência para comparação é definida por quatro resistores de sintonia na faixa de zero a 12 volts, a entrada do amplificador operacional é conectada aos resistores através de uma chave de 4 posições. Assim, alterando a posição do comutador de biscoito, podemos escolher entre 4 opções predefinidas para correntes de proteção. Por exemplo, você pode definir os seguintes valores: 100 mA, 500 mA, 1,5 A, 3 A. Se a corrente definida pelo seletor for excedida, a proteção funcionará, a tensão deixará de ser emitida e o LED acenderá. Para redefinir a proteção, basta pressionar brevemente o botão, a tensão de saída aparecerá novamente. O quinto resistor de sintonização é necessário para definir o ganho (sensibilidade), que deve ser configurado para que, quando a corrente através do shunt 1 Ampère, a tensão na saída do amplificador operacional fosse de cerca de 1-2 volts. O resistor para definir a histerese da proteção é responsável pela “nitidez” do circuito de rompimento, ele precisa ser ajustado se a tensão de saída não desaparecer completamente.Este circuito é bom porque possui uma alta velocidade de resposta, ativando instantaneamente a proteção quando a corrente é excedida.

Unidade de exibição de corrente e tensão

A maioria das fontes de alimentação de laboratório estão equipadas com voltímetros e amperímetros digitais, mostrando valores na forma de números no placar. Essa opção é compacta e fornece boa precisão das leituras, mas é completamente inconveniente para a percepção. É por isso que, para indicação, decidiu-se usar pontas de flechas, cujas leituras são percebidas fácil e agradavelmente. No caso de um voltímetro, tudo é simples - ele se conecta aos terminais de saída da fonte de alimentação através de um resistor de corte com uma resistência de cerca de 1-2 MOhm. Para que o amperímetro funcione corretamente, é necessário um amplificador de derivação, cujo circuito é mostrado abaixo.
É necessário um resistor de sintonia para ajustar o ganho, na maioria dos casos é suficiente deixá-lo na posição intermediária (cerca de 20 a 25 kOhm). O cabeçote do interruptor é conectado através de um seletor, com o qual você pode selecionar um dos três resistores de sintonia, com os quais a corrente do desvio máximo do amperímetro é ajustada. Assim, o amperímetro pode operar em três faixas - até 50 mA, até 500 mA, até 5A, garantindo a máxima precisão das leituras em qualquer corrente de carga.

Conjunto da placa da fonte de alimentação

Placa de circuito impresso:
Agora que todos os aspectos teóricos foram levados em consideração, podemos começar a montar a parte eletrônica da estrutura. Todos os elementos da fonte de alimentação - regulador de tensão, sensor de temperatura do radiador, unidade de proteção, amplificador de derivação para o amperímetro são montados em uma placa, cujas dimensões são 100x70 mm. A placa é feita pelo método LUT, abaixo estão algumas fotos do processo de fabricação.
Caminhos de energia ao longo dos quais a corrente de carga flui, é desejável estanhar com uma espessa camada de solda para reduzir a resistência. Primeiro, pequenas peças são instaladas na placa.
Depois disso, todos os outros componentes. O microcircuito 78L12 que fornece o sensor de temperatura e o resfriador deve ser instalado em um pequeno radiador, um local fornecido na placa de circuito impresso. Por fim, os fios são soldados à placa, na qual são emitidos o ventilador, termistor, botão de reinicialização da proteção, chaves de chave, LEDs, chip LM338, entrada e saída de tensão. A entrada de voltagem é mais convenientemente conectada através de um conector DC, mas deve-se ter em mente que ela deve fornecer uma corrente grande. Todos os fios de energia devem ser utilizados de acordo com a seção transversal atual, de preferência cobre. Além disso, a saída da placa de circuito impresso não vai diretamente para os terminais de saída, mas através de uma chave seletora com dois grupos de contatos. O segundo grupo liga e desliga o LED, indicando se a tensão é aplicada aos terminais.

Montagem do corpo

A caixa pode ser encontrada pronta ou montada de forma independente. Você pode fazer, por exemplo, de compensado e papelão, como eu fiz. Primeiro de tudo, é cortado um painel frontal retangular, no qual todos os controles serão instalados.
Em seguida, são feitas as paredes e o fundo da caixa, a estrutura é presa com parafusos auto-atarraxantes. Quando o quadro estiver pronto, você poderá instalar todos os componentes eletrônicos internos.
Controles, pontas de seta, LEDs são instalados em seus lugares no painel frontal, a placa é colocada dentro do gabinete, o radiador com ventilador é montado no painel traseiro. Para montagem de LEDs, são utilizados suportes especiais. É desejável duplicar os terminais de saída, principalmente porque o local o permita. As dimensões da caixa são 290x200x120 mm, ainda há muito espaço livre dentro da caixa e pode caber, por exemplo, um transformador para alimentar todo o dispositivo.

Personalização

Apesar de muitos resistores de sintonia, a configuração da fonte de alimentação é bem simples. Antes de tudo, calibre o voltímetro conectando um externo aos terminais de saída. Girando o resistor de sintonia, conectado em série com a ponta da seta do voltímetro, obtemos leituras iguais. Em seguida, conectamos qualquer carga com um amperímetro à saída e calibramos o amplificador de derivação. Girando cada um e três resistores interlineares, obtemos coincidência de leituras em cada uma das três faixas de medição do amperímetro - no meu caso, são 50 mA, 500 mA e 5A. Em seguida, definimos as correntes de proteção necessárias com a ajuda de quatro resistores de sintonia. Não é difícil fazer isso, pois o amperímetro padrão já está calibrado e mostra a corrente exata. Aumentamos gradualmente a tensão (a corrente também aumenta) e olhamos para a corrente na qual a proteção é acionada. Em seguida, rotacionamos cada um dos resistores, configurando as quatro correntes de proteção necessárias, entre as quais você pode alternar usando o seletor. Agora resta apenas definir o limite desejado para o sensor de temperatura do radiador - a configuração está concluída.