Cómo hacer una fuente de alimentación de banco

Una fuente de alimentación de banco es un kit extremadamente útil para los aficionados a la electrónica, pero puede ser costoso cuando se compra en el mercado. En este Instructable, le mostraré cómo hacer una fuente de alimentación de banco de laboratorio variable con un presupuesto limitado. Es un gran proyecto de bricolaje para principiantes, así como para cualquier persona interesada en la electrónica.

[ Reproduce el video ]

Puede encontrar todos mis proyectos en: //www.opengreenenergy.com/

El objetivo principal del proyecto es aprender cómo funciona una unidad de fuente de alimentación lineal. Al principio, para explicar el principio de funcionamiento de una fuente de alimentación lineal, he tomado un ejemplo de fuente de alimentación basada en LM 317. Para hacer la fuente de alimentación final, Compré un kit de fuente de alimentación de Banggood y lo ensamblé.

Este es un suministro de voltaje estabilizado de alta calidad con el cual el voltaje se puede regular continuamente, y el rango en el que se regula el voltaje es de 0-30V. Incluso contiene un circuito de límite de corriente que puede controlar efectivamente la corriente de salida de 2 mA a 3 A con la capacidad de regular la corriente continuamente, y esta característica única hace de este dispositivo una herramienta indispensable en el laboratorio de circuitos.

Característica:

Voltaje de entrada: 24 V CA

Corriente de entrada: 3A máximo

Voltaje de salida: 0 a 30 V continuo ajustable

Corriente de salida: 2mA - 3A continuamente ajustable

Ondulación de voltaje de salida: mínimo 0.01%

Paso 1: herramientas y piezas necesarias

Lista de partes :

1. Transformador reductor - 24V, 3A (Jaycar)

2. Kit de fuente de alimentación DIY (Banggood / Amazon)

3. Disipador de calor y ventilador (Banggood)

4.Medidor de panel de voltios-amplificador (Amazon)

5. Perilla del potenciómetro (Banggood)

6. Convertidor de dinero (Amazon)

7. Puerto USB (Amazon)

8.Enlace Post Banana Plug (Amazon)

9. Toma de corriente IEC3 (Banggood)

10 interruptor basculante (Banggood)

11. LED verde (Amazon)

12. Soporte LED (Banggod)

13. Tubo termorretráctil (Banggood)

14. Pies de goma autoadhesivos (Amazon)

15. Impresión 3D filamento-PLA (GearBest)

Herramientas / Máquina Utilizada

1. Impresora 3D - Creality CR-10 (Creality CR10S) o Creality CR-10 Mini

2.Soldador (Amazon)

3. DSO- RIGOL (Amazon)

4. Pistola de pegamento (Amazon)

Paso 2: Diagrama de bloque básico

Antes de dirigirse al proceso de fabricación, debe conocer los componentes básicos de una fuente de alimentación lineal.

Los elementos principales de la fuente de alimentación lineal son:

Transformador: el transformador cambia la tensión de red de CA al valor deseado. Se utiliza para reducir el voltaje. Esto también sirve para aislar la fuente de alimentación de la entrada de la red eléctrica por seguridad.

Rectificador: La salida de potencia del transformador está en CA, esto debe convertirse en CC. El puente rectificador convierte CA en CC.

Condensador / filtro de suavizado de entrada: el voltaje rectificado del rectificador es un voltaje de CC pulsante que tiene un contenido de ondulación muy alto. Pero esto no es lo que queremos, queremos una forma de onda de CC libre de ondulación pura. El circuito de filtro se utiliza para suavizar las variaciones de CA (ondulación) del voltaje rectificado. Para ello se utilizan condensadores de depósito grandes.

Regulador lineal: el voltaje o la corriente de salida fluctuarán cuando haya un cambio en la entrada de la red de corriente alterna o debido a un cambio en la corriente de carga en la salida de la fuente de alimentación. Este problema puede eliminarse usando un regulador de voltaje. Mantendrá la salida constante incluso cuando se producen cambios en la entrada o cualquier otro cambio.

Carga: carga de la aplicación



Paso 3: transformador

Ingrese CA de alto voltaje que va a un transformador que generalmente reduce la CA de alto voltaje de la red eléctrica a la CA de bajo voltaje requerida para nuestra aplicación. Para diseñar la fuente de alimentación, el voltaje secundario del transformador se selecciona considerando el voltaje de salida de la fuente de alimentación, pérdidas en el puente de diodos y el regulador lineal. La forma de onda típica del transformador de 24 V se muestra arriba. En general, permitimos una caída de aproximadamente 2 V - 3 V para la configuración del puente rectificador. Por lo tanto, el voltaje secundario del transformador se puede calcular de la siguiente manera

Ejemplo:

Supongamos que queremos hacer una fuente de alimentación con un voltaje de salida de 30V y 3A.

Antes del puente rectificador, el voltaje debe ser = 30 + 3 = 33V (pico)

Entonces el voltaje RMS = 33 / raíz cuadrada (2) = 23.33 V

El transformador de voltaje más cercano disponible en el mercado es de 24V. Entonces, nuestra clasificación de transformador es 230V / 24V, 3A.

Nota: El cálculo anterior es una estimación aproximada para comprar un transformador. Para un cálculo preciso, tenga en cuenta la caída de voltaje en los diodos, la caída de voltaje del regulador, el voltaje de ondulación y la eficiencia del rectificador también.



Paso 4: puente rectificador

El puente rectificador convierte una tensión o corriente alterna en la cantidad de corriente continua (CC) correspondiente. La entrada a un rectificador es CA, mientras que su salida es DC pulsante unidireccional.

La caída de voltaje en un diodo de propósito general es de alrededor de 0.7V y el diodo schottky es de 0.4V. En cualquier momento, dos de los diodos en el puente rectificador están en funcionamiento, pero dado que el diodo conduce mucho, puede ser efectivamente más alto. Un buen valor seguro es dos veces el estándar o 0.7 x 2 = 1.4V.

La salida de CC después del rectificador de puente es aproximadamente igual al voltaje secundario multiplicado por 1.414 menos la caída de voltaje en los dos diodos conductores.

Vcc = 24 x 1.414 - 2.8 = 31.13 V

Paso 5: Alisar el condensador / filtro

El voltaje rectificado del rectificador es un voltaje de CC pulsante que tiene un contenido de ondulación muy alto. Las grandes ondas que existen en la salida hacen que sea casi imposible de usar en cualquier aplicación de alimentación. Por lo tanto, se utiliza un filtro. El filtro más común es mediante el uso de un condensador grande.

La forma de onda de salida resultante después del condensador de suavizado se muestra arriba.

Paso 6: regulador

La tensión o corriente de salida cambiará o fluctuará cuando haya un cambio en la entrada de la red de corriente alterna o debido a un cambio en la corriente de carga en la salida de la fuente de alimentación regulada o debido a otros factores como los cambios de temperatura. Este problema se puede eliminar mediante el uso de un IC regulador o mediante un circuito adecuado que consta de pocos componentes. Un regulador mantendrá la salida constante incluso cuando ocurran cambios en la entrada o cualquier otro cambio.

Los IC como 78XX y 79XX se utilizan para obtener valores fijos de voltajes en la salida. Donde los IC como LM 317 podemos ajustar el voltaje de salida a un valor constante requerido. El LM317T es un regulador de voltaje positivo ajustable de 3 terminales capaz de suministrar diferentes Salidas de voltaje de CC distintas de la fuente de alimentación de voltaje fijo. El circuito de ejemplo anterior utiliza un IC regulador de voltaje LM3 17. La salida rectificada del rectificador de puente de onda completa se alimenta a un IC regulador LM317. Al cambiar el valor del potenciómetro utilizado en este circuito, el voltaje de salida se puede controlar fácilmente.

Hasta ahora he explicado cómo funciona una unidad de fuente de alimentación lineal. En los pasos siguientes, explicaré la construcción de la fuente de alimentación de banco ensamblando un kit de bricolaje.

Paso 7: Cómo funciona el kit de fuente de alimentación

El funcionamiento del kit se puede entender siguiendo el diagrama esquemático que se muestra arriba.

Para empezar, hay un transformador de red reductor con un devanado secundario de 24 V / 3 A, que está conectado a través de los puntos de entrada del circuito en los pines 1 y 2. (la calidad de la salida de los suministros será directamente proporcional a la calidad del transformador). La tensión de CA del devanado secundario de los transformadores se rectifica mediante el puente formado por los cuatro diodos D1-D4. La tensión de CC tomada a través de la salida del puente es suavizada por el filtro formado por el condensador de depósito C1 y la resistencia R1. El circuito incorpora algunas características únicas que lo hacen bastante diferente de otras fuentes de alimentación de su clase. En lugar de utilizar una disposición de retroalimentación variable para controlar el voltaje de salida, nuestro circuito utiliza un amplificador de ganancia constante para proporcionar el voltaje de referencia necesario para su funcionamiento estable. El voltaje de referencia se genera a la salida de U1.

El circuito funciona de la siguiente manera: el diodo D8 es un zener de 5.6 V, que aquí funciona con su corriente de coeficiente de temperatura cero. El voltaje en la salida de U1 aumenta gradualmente hasta que se enciende el diodo D8. Cuando esto sucede, el circuito se estabiliza y el voltaje de referencia Zener (5.6 V) aparece a través de la resistencia R5. La corriente que fluye a través de la entrada no inversora del amplificador operacional es insignificante, por lo tanto, la misma corriente fluye a través de R5 y R6, y como las dos resistencias tienen el mismo valor, el voltaje en serie en las dos será exactamente el doble voltaje a través de cada uno. Por lo tanto, el voltaje presente en la salida del amplificador operacional (pin 6 de U1) es de 11.2 V, el doble del voltaje de referencia de Zener. El circuito integrado U2 tiene un factor de amplificación constante de aproximadamente 3 X, de acuerdo con la fórmula A = (R11 + R12) / R11, y eleva el voltaje de referencia de 11.2 V a aproximadamente 33 V. El trimmer RV1 y la resistencia R10 se utilizan para el ajuste de los límites de voltajes de salida para que pueda reducirse a 0 V, a pesar de las tolerancias de valor de los otros componentes en el circuito.

Otra característica muy importante del circuito es la posibilidad de preajustar la corriente de salida máxima que puede extraerse de la fuente de alimentación, convirtiéndola efectivamente de una fuente de voltaje constante a una fuente de corriente constante. Para hacer esto posible, el circuito detecta la caída de voltaje a través de una resistencia (R7) que está conectada en serie con la carga. El IC responsable de esta función del circuito es U3. La entrada inversora de U3 está polarizada a 0 V a través de R21. Al mismo tiempo, la entrada no inversora del mismo IC puede ajustarse a cualquier voltaje por medio de P2.

Supongamos que para una salida dada de varios voltios, P2 se establece de modo que la entrada del CI se mantenga a 1 V. Si la carga aumenta, la sección del amplificador de voltaje del circuito mantendrá constante el voltaje de salida. La presencia de R7 en serie con la salida tendrá un efecto insignificante debido a su bajo valor y a su ubicación fuera del circuito de retroalimentación del circuito de control de voltaje. Mientras la carga se mantiene constante y el voltaje de salida no cambia, el circuito es estable. Si se aumenta la carga de modo que la caída de voltaje en R7 sea mayor que 1 V, IC3 se fuerza a la acción y el circuito cambia al modo de corriente constante. La salida de U3 está acoplada a la entrada no inversora de U2 por D9. U2 es responsable del control de voltaje y como U3 está acoplado a su entrada, este último puede anular efectivamente su función. Lo que sucede es que el voltaje a través de R7 se controla y no se permite aumentar por encima del valor preestablecido (1 V en nuestro ejemplo) al reducir el voltaje de salida del circuito.

Esto es, en efecto, un medio para mantener constante la corriente de salida y es tan preciso que es posible preestablecer el límite de corriente a tan solo 2 mA. El condensador C8 está ahí para aumentar la estabilidad del circuito. Q3 se utiliza para controlar el LED cada vez que se activa el limitador de corriente para proporcionar una indicación visual del funcionamiento de los limitadores. Para que U2 pueda controlar el voltaje de salida hasta 0 V, es necesario proporcionar un raíl de alimentación negativo y esto se hace por medio del circuito alrededor de C2 y C3. El mismo suministro negativo también se utiliza para U3. Como U1 funciona en condiciones fijas, puede ejecutarse desde el riel de suministro positivo no regulado y la tierra.

El riel de suministro negativo se produce mediante un circuito de bomba de voltaje simple que se estabiliza mediante R3 y D7. Para evitar situaciones incontroladas en el apagado, hay un circuito de protección construido alrededor de Q1. Tan pronto como se derrumba el riel de suministro negativo, Q1 elimina toda la unidad a la etapa de salida. En efecto, esto lleva el voltaje de salida a cero tan pronto como se retira la CA, protegiendo el circuito y los dispositivos conectados a su salida. Durante el funcionamiento normal, Q1 se mantiene apagado mediante R14, pero cuando el riel de suministro negativo colapsa, el transistor se enciende y baja la salida de U2. El IC tiene protección interna y no puede dañarse debido a este cortocircuito efectivo de su salida. Es una gran ventaja en el trabajo experimental poder matar la salida de una fuente de alimentación sin tener que esperar a que se descarguen los condensadores y también hay una protección adicional porque la salida de muchas fuentes de alimentación estabilizadas tiende a aumentar instantáneamente al apagarse con resultados desastrosos

Crédito: Esta sección no está escrita por mí, sino que está tomada de electronics-lab.com. El crédito completo corresponde al autor original.

Paso 8: Identifique los componentes en el kit de fuente de alimentación

Antes de indicar el montaje del kit, lea atentamente el manual de instrucciones.

El kit viene con todos los componentes mezclados en un solo paquete, por lo que se recomienda comenzar a trabajar identificando los componentes y separándolos en grupos como: transistores, Opamps, Regulador, Potenciómetros y conectores. Esto realmente ahorra mucho tiempo durante la construcción del kit.

Paso 9: Identifique las resistencias

En el kit de fuente de alimentación, el mayor número de componentes utilizados son resistencias de diferentes valores. En el kit, las resistencias se agrupan en un grupo y sus valores no están etiquetados. Entonces, tenemos que medir manualmente el valor de resistencia usando un multímetro digital. Medí los valores y los escribí en la pequeña tira de papel en la pata de la resistencia.

Paso 10: Soldar los componentes

La regla básica para soldar los componentes en la PCB es "Soldar los componentes de acuerdo con su altura". Siempre comience con componentes de menor altura. Primero sueldo toda la resistencia, luego los diodos, luego los condensadores de cerámica, luego los transistores, luego los Opamps y demás. Use un alicate cuando doble las patas de los diodos del puente para evitar que se rompan. Opamps, así que usé la base de mi propio stock.

Nota: No suelde el LED de 3 mm, ya que vamos a conectar los cables del LED para montar en el panel frontal.

Paso 11: Soldar los transistores de potencia

La parte metálica del transistor de alta potencia (2SD1047) y el transistor de potencia media (2SD882) están unidos al disipador de calor, lo que lo hace adecuado para dispositivos que disipan varios vatios de calor. El disipador de calor para el transistor 2SD882 está incluido en el kit. tiene que comprar un disipador de calor por separado para el otro transistor (2SD1047). Pero lo bueno es que el disipador de calor de tamaño perfecto que coincide con el contorno de la PCB y junto con un ventilador de refrigeración está disponible del mismo fabricante. Puedes comprarlo en Banggood.

El compuesto térmico se usa para mejorar la transferencia de calor entre la carcasa del dispositivo y el disipador de calor.

Paso 12: prepare el potenciómetro

El potenciómetro podría colocarse directamente en la PCB y también podría alinearse en la placa a través de su zócalo y cables. El potenciómetro etiquetado con A es el potenciómetro de límite de corriente y V es el potenciómetro de voltaje. El potenciómetro de voltaje podría ser sustituido por un potenciómetro de 10K de múltiples vueltas enrolladas a su voluntad, con el que podría ajustar de una manera más precisa.

Como queremos instalar el potenciómetro en nuestro gabinete, tenemos que soldar la placa PCB a través de los conectores JST en el kit.

Primero inserte los tubos termorretráctiles en los 3 cables del conector JST y luego suelde los cables a las patas del potenciómetro. Luego cubra la junta de soldadura con un tubo termocontraíble y aplique calor alrededor para darle el toque final. Para una mejor comprensión, puede ver la imagen de arriba.

Paso 13: Diagrama de cableado para toma de corriente de entrada

Utilicé un enchufe IEC 3 Pin 320 C14 para la entrada de alimentación. Tiene un enchufe incorporado, fusible para protección y un interruptor. El diagrama de conexión se muestra en la imagen de arriba. El cable rojo y azul en el diagrama está conectado al lado primario del transformador. He dejado la conexión a tierra (cable verde), si tiene una carcasa de metal, puede conectarla.

Paso 14: Cableado del medidor de pantalla dual Volt-Amp

La pantalla de mi medidor Volt-Amp tenía cables gruesos negros, rojos y azules. Los delgados son rojos y negros para la fuente de alimentación del chip. El diagrama de cableado es el siguiente:

● Línea negra (delgada): vacante o módulo negativo

● Línea roja (delgada): fuente de alimentación positiva

● Línea negra (gruesa): medición común (GND)

● Línea roja (gruesa): entrada de voltaje de terminal de medición positiva

● Línea azul (gruesa): entrada actual +

Consulte los diagramas de cableado para obtener más detalles.

Paso 15: crea el circuito USB

Otro conector opcional que puede agregar es una salida USB. Esto le permitirá ejecutar cualquier dispositivo que esté alimentado por un puerto USB. El voltaje de salida USB es de 5V, que se puede obtener bajando la CC de 24V. Primero ajuste el trimpot en el convertidor buck para establecer el voltaje de salida a 5V. Luego suelde el terminal de entrada del convertidor reductor a la salida del regulador lineal de 24 V o el terminal provisto para la conexión del ventilador. La salida del módulo convertidor reductor está conectada al puerto USB.

Paso 16: Diagrama de cableado completo

El cableado es bastante sencillo. Agregué un medidor adicional de Volt-Amp y un circuito USB en el circuito.

1. Toma de corriente de entrada: conecte los cables como se explica en el paso anterior.

2. Los cables de salida de la toma de corriente de entrada están conectados al lado primario del transformador (220V).

3.El lado secundario (24 V) está conectado al terminal de entrada del kit de fuente de alimentación.

4. Medidor de voltios-amperios: los cables del terminal de tornillo de salida están conectados al medidor de voltios-amperios como se explicó anteriormente.

5. El terminal posterior está conectado a la salida de PCB de la fuente de alimentación a través de un interruptor basculante como se muestra en el diagrama de cableado anterior.

6. Conexión USB: la alimentación de CC después de que el puente de diodos se desconecta para proporcionar alimentación al USB a través de un módulo convertidor reductor.

Paso 17: hacer el gabinete

El gabinete está diseñado en base al diseño de Thingiverse "The Ultimate box maker". Utilicé el Personalizador para obtener el tamaño exacto del gabinete de acuerdo con mis requisitos. Primero mido la PCB y el tamaño del transformador y luego finalicé el tamaño del gabinete (200 x 140 x 80).

Diseñé el panel frontal y posterior por separado en Autodesk Fusion 360. Después del diseño, imprimí todos los componentes (carcasa superior, carcasa inferior, panel frontal y panel posterior) por separado.

Utilicé mi impresora 3D Creality CR-10 para imprimir todas las piezas. Imprimí con una altura de capa de 0, 3 mm y una velocidad de 50 mm / s. La calidad de impresión es realmente excelente.

Los archivos .stl para el gabinete se adjuntan a continuación.

Archivos adjuntos

  • Vista superior de descarga de Shell.stl en 3D
  • Vista inferior de descarga de Shell.stl en 3D
  • Vista de descarga de Panel frontal.stl en 3D
  • Panel trasero .stl Descargar Ver en 3D

Paso 18: Instale todos los componentes

Inserte los componentes en las ranuras del panel frontal y posterior como se muestra en la imagen.

Monte la placa PCB atornillando las cuatro esquinas.

Coloque el transformador en la base provista en el gabinete y luego móntelo.

Monte el módulo convertidor reductor en la carcasa inferior del gabinete aplicando pegamento caliente.

Pase todos los cables correctamente.

Luego coloque la cubierta superior y asegure las tuercas en los dos lados.

Paso 19: Advertencia

Cuando se hayan terminado todas las conexiones externas, realice una inspección cuidadosa de la placa y límpiela para eliminar los residuos de fundente de soldadura. Asegúrese de que no haya puentes que puedan cortocircuitar las pistas adyacentes y, si todo parece estar bien, conecte la entrada del circuito con el secundario de un transformador de red adecuado. Conecte un voltímetro a través de la salida del circuito y el primario del transformador a la red eléctrica.

Nota: No toque ninguna parte del circuito mientras esté bajo alimentación.

Paso 20: prueba

Recomendaré probar la fuente de alimentación antes de cerrar el gabinete. Si algo sale mal, puede rectificarlo fácilmente. Una vez terminado, conecte el cable de alimentación, encienda la fuente de alimentación usando el interruptor en la parte posterior de la fuente y el LED debería encenderse junto con el ventilador. Ahora gire la perilla de voltaje en el sentido de las agujas del reloj, notará el aumento gradual de la lectura de voltaje en la unidad de visualización. Para ver la lectura actual, debe conectar una carga en los terminales del poste. Si todo va perfecto, ¡felicidades! !! Has hecho tu fuente de alimentación de banco.

Puede agregar más funciones, así como modificar el kit para obtener la salida deseada de acuerdo con sus requisitos. Eche un vistazo al siguiente enlace donde hay muchas discusiones sobre las modificaciones de este kit de fuente de alimentación.

Modificación: //www.eevblog.com/forum/beginners/bangood-ps ...


Espero que hayas disfrutado y aprendido cómo hacer una fuente de alimentación lineal. Gracias !

Artículos Relacionados