Сходинка восьма. Транзистори Продовження. Частина перша (відступ, продовження)


Статью просмотрели: 91 человек

 

Продовження, початок статті за посиланням.

 

Наше допоміжне джерело живлення буде складатися із трьох секцій та матиме цілком пристойні можливості:

1) секція регульованої напруги з виходом від 0.5 до 28.0 вольтів. До того ж, із можливістю оперативного встановлення обмеження максимального рівня струму віддачі та захистом від КЗ. Робочий струм цієї секції – до 1.5-2.0 А, з можливістю короткочасного навантаження до 3.0 А. З індикацією напруги, струму, а також роботи в режимі обмеження струму;

2) секція фіксованих значень напруги із емуляцією найбільш вживаних комплектів елементів живлення (1 – 1.5 В, 2 – 3.0 В, 3 – 4.5 В, 4 – 6.0 В, 6 – 9.0 В, 8 – 12.0 В) з можливістю навантаження до 1.0 А;

3) секція фіксованого значення 5.0 В (рівень USB) з робочим струмом до 3.0 А. 

Таке джерело живлення можна використовувати для заряджання різноманітних акумуляторів, живлення кіл автоматики, експериментів зі світлодіодами, емуляції джерел живлення з певною кількістю 1.5 В елементів, заряджання від секції 5.0 В різноманітних USB девайсів чи живлення кіл автоматики. Сфера його застосування настільки універсальна, що воно здатне, на певний час стати основним для широкого кола аматорів.

Втім, не слід забувати, що основа додаткового джерела живлення – імпульсна, з усіма наслідками такої реалізації. З відомими недоліками та перевагами імпульсних джерел. Враховуючи закладені функції та можливості, воно вийшло компактним та легким. Але вихідна постійна напруга не може похизуватися чистотою, характерною для лінійних джерел живлення. На виході усіх секцій присутня хоч і несуттєва, все ж таки – імпульсна складова, що заважає у певних випадках.

Отже, пропоноване джерело має, як ви уже зрозуміли, три секції. Вони відокремлені одна від одної і можуть використовуватися незалежно.

Найпростіша – секція фіксованого живлення 5.0 В, тож з неї і почнемо. В ній використаний імпульсний блок живлення: 5.0 В - 3.0 А. Просто, без жодних доробок, на вхід подаємо напругу живлення 220 В, а з виходу, на гніздо лицьової панелі – 5.0 В.

Єдине, що слід зробити – продублювати світлодіод індикації присутності вихідної напруги на блоці живлення. Для цього з виходу напруги 5.0 В проведемо два додаткові дроти, щоб вивести їх до світлодіода індикації роботи цього джерела живлення на лицьову панель. Не забуваємо обмежити струм світлодіода додатковим резистором. Живлення кола 5.0 В, робоча напруга світлодіода близько 3.0 В. Отже, падіння напруги на світлодіоді буде 2.0 В. Струм для індикаторного світлодіода оберемо на рівні 10 мА, цього цілком вистачить. Розрахуємо потрібний номінал резистора за допомогою відомої нам формули: R=U/I. Не забуваємо перевести вихідні дані до значень потрібних для розрахунків: 2.0 В/0.01 А = 200 Ом. Резистор оберемо зі стандартного ряду у бік збільшення номіналу – 220 Ом. Визначимося із потрібною потужністю резистора. Падіння напруги на ньому перемножимо на струм, який проходитиме через нього: 2.0 В*0.01 А = 0.02 Вт. 

Тобто, маленького резистора стандартної потужності 0.125 Вт нам вистачить із величезним запасом.

Куди приєднувати дроти живлення від мережі 220 В, звідки знімати постійну випрямлену напругу у таких блоках ми вже розглядали у попередніх дописах.

Все. Маємо секцію з фіксованим значенням 5.0 В. Її можна використовувати для живлення виконавчих кіл реле з робочою напругою 5.0 В, заряджання різноманітних девайсів: телефони, смартфони, планшети. Навіть для живлення паяльника, який працює від USB рівня напруги.

Конструктивно складнішою є реалізація секції фіксованих рівнів напруги. Вона живиться, знову ж таки, від власного джерела, у якості якого використано БЖ на 12.0 В-2.0 А.

Для зниження напруги такого джерела, застосовано модуль DC-DC step dawn mini. Його вихідна напруга від 1.0 до 17.0 В при вхідній до 23.0 В, встановлюється підстроювальним резистором з номіналом 100 кОм. Тобто, змінюючи опір резистора від 0 до 100 кОм, впливаємо на рівень вихідної напруги.

Для перемикання рівнів напруги вжито галетний перемикач. У мене він дещо інший ніж за посиланням, але на суть це не впливає. Головне, щоб перемикалося дві групи на шість напрямків.

Найвідповідальніша робота при реалізації цієї секції – акуратно випаяти з плати підстроювальний резистор та припаяти, замість нього, два тоненькі дротики.

Уважно оглянувши резистор та його монтаж побачимо, що він версії SMD, тобто для площинного монтажу. Це полегшує задачу. На місця паяння наносимо трохи флюс-пасти, це суттєво вплине на якість роботи. Для таких операцій я віддаю перевагу польській флюс-пасті. Зручне упакування, гарна якість.

Що у вас повинно вийти – роздивіться на фото.

Кожен із рівнів напруги має власний підстроювальний резистор, за допомогою якого і встановлено відповідну положенню перемикача напругу на виході модуля. Перемикаються вони потрібним нам галетним перемикачем. Підстроювальні резистори дають змогу оперативно, за потреби, змінювати необхідний набір чи коригувати рівень напруги. Я використав багато-оборотні підстроювальні резистори, це дозволяє встановлювати напругу плавно і точно.

Не забуваємо про світлодіод індикації наявності напруги живлення 12.0 В на лицьовій панелі. Як розрахувати потрібний номінал резистора ви уже знаєте, втім, підкажу.

Цілком вистачить резистора потужністю 0.25 Вт з опором 1 кОм.

Складнощів бути не повинно. Тут більше дротяної комутації, аніж виготовлення якихось додаткових пристроїв, тому уважно розберіться зі схемою і не наплутайте що і куди приєднати.

І останнє. DC-DC перетворювач не може віддати на свій вихід напругу входу, а це 12.0 В. Падіння напруги на ньому близько 2.0 В, отже максимальна вихідна напруга не може бути більшою за 10.0 В. Тому, для отримання напруги 12.0 В,  і довелося ввести другу секцію галетного перемикача. Якщо використати, як первинне джерело живлення, AC-DC імпульсний блок з напругою виходу 15.0 В, від другої секції галетного перемикача можна відмовитися. Адже падіння напруги на перетворювачі 2.0 В дасть нам на виході 13.0 В, які й можна понизити до потрібних 12.0 вольтів.

Все. Маємо секцію із фіксованими значеннями напруги.

Остання секція – секція із плавним регулюванням вихідної напруги від 0.5 до 28.0 В та плавним регулюванням обмеження вихідного струму.

Ця секція, як і обидві попередні має власне джерело живлення. В його якості можна використати безкорпусний AC-DC блок живлення з вихідною напругою не більшою за 30.0 В та вихідним струмом 3-4 А, тобто потужністю близько 90-120 Вт.

Я використаю вживаний імпульсний блок живлення зі схожими параметрами.

Основним елементом, за допомогою якого відбуватиметься регулювання, буде плата модуля DC-DC step dawn перетворювача напруги.

Такий перетворювач здатен зменшувати напругу на своєму виході відносно вхідної. Величина такого зменшення напруги встановлюється підстроювальним резистором "регулятор напруги". Ще він має дуже цікаву і корисну особливість – встановлення обмеження струму віддачі на виході, який встановлюється "регулятором величини струму".

Також він має ряд сигнальних світлодіодів, які вказують на певні режими роботи перетворювача. Із них нас цікавитимуть лише два – "індикатор режиму обмеження величини струму", який вказує, виходячи із назви індикаторного світлодіоду, на роботу перетворювача в режимі обмеження струму. Інший – "кінець заряду", спалахує при падінні вихідного струму до величини 10% від встановленого обмеження. Знову ж таки, виходячи із назви функції, яку виконує індикаторний світлодіод, він сигналізує про кінець заряду якогось акумулятора. Адже 10 відсотковий струм заряду від встановленого максимуму є дотичним показником закінчення процесу заряджання.

Для того, щоб зробити такий перетворювач інструментом зручним для управління блоком живлення, слід внести деякі зміни.

Перше – винести регулятори напруги та струму на його лицьову панель.

Друге – винести на лицьову панель індикаторні світлодіоди: "кінець заряду" та "режим обмеження величини встановленого струму".

Третє – (на розсуд аматора) додаткові заходи стосовно покращення теплових характеристик плати модуля.

Давайте розберемо кожен крок детальніше.

Перше, стосовно регуляторів напруги та струму. Регулювати вказані параметри маленькою викруткою за допомогою підстроювальних резисторів можна, але таке регулювання буде надзвичайно незручним і неоперативним.

Саме для того, щоб зробити процес зручним для аматора, слід замінити підстроювальні резистори на потенціометри, та винести їх на лицьову панель нашого блоку живлення.

Для цього потрібно акуратно випаяти підстроювальні резистори з плати і впаяти туди дроти для подальшого з'єднання із потенціометрами. Під час випаювання резисторів не потрібно поспішати, робити це слід поволі, поступово, бо поспіх може призвести до відриву монтажних доріжок на платі.

Тож на місце вилучених підстроювальних резисторів слід впаяти з'єднувальні дроти. Замість регулятора напруги – два, адже він працює в реостатному режимі (що це таке, почитайте у дописах раніше). Замість регулятора струму – три. Цей потенціометр увімкнено в режимі подільника напруги.

У якості зовнішніх потенціометрів я використав багатооборотні змінні резистори. Можна обійтись загальноприйнятою і досить розповсюдженою схемою послідовно увімкнених двох змінних резисторів. Один із них виконує функцію регулятора – "грубо", інший – "точно". Потенціометр "ТОЧНО", як правило, має опір 10-20% номіналу потенціометра "ГРУБО".

До того ж потенціометр, який регулює струм, можна не робити здвоєним, а використати один звичайний з лінійною характеристикою. Я не думаю, що у вас виникне потреба у надто точному встановленні струму обмеження.

А найпростіший варіант, гадаю, використати багатопозиційний галетний перемикач із фіксованими значеннями струму. Попередньо встановивши струм обмеження на кожному діапазоні за допомогою потенціометра, який замінюється, після налагодження, постійним резистором.

Втім, усе це на вибір аматора.

Застосувавши багатооборотні потенціометри номіналу 10 кОм, такого ж самого як і встановлені на платі підстроювальні, я з'ясував, що близько 3-4 обертів не задіяно у регулюванні. Виходить, за умови того, що потенціометр має 10 повних обертів, його можливості використані на 60 відсотків. Як на мене, він повинен регулювати напругу від початку оборотів (мінімум) і до кінця (максимум). Для такого регулювання номінал потенціометра повинен складати близько 6.0 - 6.5 кОм. На жаль такого вибору багатооборотних резисторів у мене немає, та й вартість  їхня не копійчана.

Втім, ситуацію можна виправити за допомогою додаткового постійного резистора приєднаного паралельно до потенціометра. Це зменшить його сумарний опір і дасть змогу задіяти у регулюванні усі десять обертів. Номінал постійного резистора у мене вийшов 17.1 кОм. Таке значення опору випадає з ряду стандартних значень рядів, тому він утворений двома послідовно з'єднаними резисторами з номіналами 12 та 5.1 кОм. Гадаю, ви розумієте, що вказані на резисторі значення не зовсім точно відповідають дійсному опору, адже вони мають допустиму похибку. Тому, цілком можливо, що у вашому випадку доведеться "погратися" з підбором потрібного значення. Найліпший варіант – використати послідовне з'єднання постійного резистора 15 кОм та багатооборотного підстроювального 3 кОм, яким і можна буде встановити необхідний остаточний опір цієї пари.

Друге, стосовно переміщення світлодіодів.

Незалежно від типу сигнального світлодіода: SMD різноманітного розміру, 3-х міліметрові, 5-ти міліметрові чи 9-ти міліметрові, усі мають однакові фізичні характеристики. Це полегшує справу, адже баластні резистори уже встановлені на платі. Тож нам достатньо видалити два, вказані вище світлодіоди, і замість них запаяти дроти для приєднання подібних світлових індикаторів на лицьовій панелі. Для цього я використав сигнальні світлодіоди діаметром 3 мм зберігши їхній червоний колір. Ви уже повинні чітко знати, що світлодіоди різного кольору мають різну робочу напругу, а це впливає на номінал баластного резистора і, відповідно, на робочий струм.

Отже, це не складний етап.

Третє, стосовно додаткового відведення тепла.

Коли ви звернете увагу на дросель, то помітите не зовсім вдале, на мій погляд, його розташування. Адже безпосередньо під ним розміщені компоненти які впливають на якість роботи перетворювача. Я маю на увазі інтегральний стабілізатор та операційний підсилювач. Саме для того, щоб полегшити тепловий режим роботи цих елементів, я переніс дросель на зворотний бік плати, це мені аж ніяк не заважатиме.

Ще один елемент, який я додатково "остудив" – інтегральний регулятор DC-DC перетворювача. Він також буде нагріватися під час роботи. Тож для його охолодження я використав маленький алюмінієвий радіатор, який зафіксував теплопровідним клеєм.

Ми підготували модуль DC-DC перетворювача для зручної роботи у додатковому джерелі живлення.

Саме у цій секції ми використаємо цифровий вольт-амперметра DSN-VC288. Із цим приладом ми уже знайомі, я про нього писав. Особливістю його є те, що амперметр вмикається у розріз негативного дроту виходу напруги джерела живлення, що й зображено на схемі приєднання вольт-амперметра поданої на сайті.

Лишилося навести остаточну блок-схему секції.

Деякі пояснення до схеми:

— резистор R та світлодіод HL1 – контроль роботи блока живлення 30 вольтів, виведений на лицьову панель. Номінал резистора ви визначите самостійно. Скажу лише, що його потужність повинна бути 0.5 Вт;

— HL2 – світлодіод індикації роботи в режимі обмеження струму;

— HL3 – світлодіод індикації закінчення заряду;

— Rv – потенціометр встановлення вихідної напруги, Rш – шунт для нормалізації (розтягування) діапазону регулювання потенціометра;

— Ri – потенціометр встановлення рівня обмеження струму;

— живлення для вольт-амперметра DSN-VC288 візьміть з виходу відповідного AC-DC блока.

Мабуть це все, що я хотів розповісти стосовно внутрішнього устрою додаткового джерела живлення. Враховуючи повну незалежність секцій, аматор може обрати власну їхню комбінацію. Розмістити у якомусь корпусі: чи то саморобному, чи готовому.

Я ж, за своєю звичкою, виготовлятиму корпус із палітурного картону. Що у мене вийде – побачимо. Зараз продемонструю лише концепт лицьової панелі.

Іще одне. При відсутності джерела живлення з вихідною напругою DC 30 В, використайте БЖ на 24 В (радив би такий). Це суттєво полегшить режим роботи стабілізатора 7805, тож покращить надійність роботи DC-DC перетворювача, а максимальної вихідної напруги додаткового джерела на рівні 22-23 В – цілком достатньо. Можливо і я, після експериментів із 30 вольтами, перейду на 24.

 

До наступної зустрічі. Хай вам щастить.

 

Наступний допис – огляд польових транзисторів.

У практичній частині розпочнемо використання додаткового джерела живлення для заряджання різноманітних акумуляторів.

 

 

 

Комментарии к статье

Отсутствуют
  • Вы, клиент нашего интернет-магазина? Войдите чтобы оставить комментарий
    Войдите
    Впервые в интернет-магазине? Чтобы продолжить вам нужно зарегистрироваться, это займет несколько минут
    Зарегистрируйтесь