AC bis +15V, -15V 1A variabel und 5V 1A festes Labor-DC-Netzteil - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Ein Netzteil ist ein elektrisches Gerät, das einen elektrischen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt. Dieses Netzteilmodell verfügt über drei Solid-State-DC-Netzteile. Die erste Versorgung liefert einen variablen Ausgang von positiven 1,5 bis 15 Volt bei bis zu 1 Ampere. Die zweite ergibt negative 1,5 bis -15 Volt bei 1 Ampere. Der dritte hat feste 5V bei 1 Ampere. Alle Lieferungen sind vollständig reguliert. Eine spezielle IC-Schaltung hält die Ausgangsspannung innerhalb von 0,2 V, wenn von Leerlauf auf 1 Ampere umgeschaltet wird. Der Ausgang ist vollständig gegen Kurzschlüsse geschützt. Dieses Netzteil ist ideal für den Einsatz in Schullaboren, Servicewerkstätten oder überall dort, wo eine präzise Gleichspannung erforderlich ist.

Schritt 1: Wie funktioniert eine Versorgung?

Die Versorgung besteht aus zwei Stromkreisen, einer ist ein fester 5-V-Ausgang und der andere ist 0 bis +15 und eine variable Versorgung von -15, wobei jeder Abschnitt unten erläutert wird. Es besteht aus einem Leistungstransformator, einer DC-Gleichrichterstufe und der Reglerstufe.

1. Herunterschalten von 220 V AC mit Transformator: Da der Eingang der Regler zwischen 1,5 und 40 Volt liegen soll. So wurde 220 V AC mit dem Transformator heruntergesetzt. 220 V Wechselstrom vom Hauptnetz wird über eine Sicherung und einen Schalter an die Sekundärspule des Transformators geliefert, der sie auf 18 Volt herunterschaltet. Das Übersetzungsverhältnis des Transformators betrug 12:1. Beim Testen stellte sich heraus, dass die Leerlaufspannung des Transformators 22 Volt betrug. Der Transformator dient zwei Zwecken. Erstens reduziert es den 220VAC-Eingang auf 17VAC und 9VAC, damit die richtige Spannung in die Gleichrichterstufen eintreten kann. Zweitens isoliert es den Stromversorgungsausgang von der 220VAC-Leitung. Dadurch wird der Benutzer vor gefährlichen Spannungsschlägen geschützt, sollte sich der Benutzer in einem geerdeten Bereich aufhalten. Ein mittig angezapfter Transformator hat zwei Sekundärwicklungen, die um 180 Grad phasenverschoben sind.
2. AC-DC-Wandler: Für die Gleichrichtung des AC (Umwandlung von AC in DC) wurde eine Brückenkonfiguration von Dioden verwendet, die den negativen Zyklus des AC abschneidet und in pulsierenden DC umwandelt. Jede Diode funktioniert nur, wenn sie sich in Durchlassrichtung befindet (wenn die Spannung an der Anode höher ist als die Spannung an der Kathode). Dieser Gleichstrom hatte einige Welligkeiten, daher wurde ein Kondensator verwendet, um ihn relativ zu glätten, bevor er an den Regelkreis gesendet wurde.
3. Reglerschaltung: Die Reglerschaltung im PowerSupply besteht aus einem integrierten Schaltkreis LM-317 und LM-337. Der LM317 liefert mehr als 1,5 A Laststrom bei einer über einen Bereich von 1,2 bis 37 V einstellbaren Ausgangsspannung. Die LM337-Serie sind einstellbare negative Spannungsregler mit 3 Anschlüssen, die über einen Ausgangsspannungsbereich von -1,2 bis -37 V über -1,5 A liefern können. Sie sind außergewöhnlich einfach zu bedienen und benötigen nur zwei externe Widerstände, um die Ausgangsspannung einzustellen. Außerdem sind sowohl die Netz- als auch die Lastregelung besser als Standard-Festregler. Die Ausgangsspannung des LM317/LM377 wird durch das Verhältnis der beiden Rückkopplungswiderstände R1 und R2 bestimmt, die ein Potenzialteilernetzwerk über den Ausgangsanschluss bilden. Die Spannung am Rückkopplungswiderstand R1 ist eine konstante Referenzspannung von 1,25 V, Vref, die zwischen Klemme „Ausgang“und „Einstellung“. Dann fließt jeder Strom, der durch den Widerstand R1 fließt, auch durch den Widerstand R2 (wobei der sehr kleine Einstellanschlussstrom ignoriert wird), wobei die Summe der Spannungsabfälle über R1 und R2 gleich der Ausgangsspannung Vout ist. Offensichtlich muss die Eingangsspannung Vin mindestens 2,5 Volt höher sein als die erforderliche Ausgangsspannung, um den Regler zu versorgen.
4. Filter: Der Ausgang des LM317/337 wurde dem Kondensator zugeführt, um den pulsierenden Effekt herauszufiltern. Und dann wurde es an den Ausgang gesendet. Es sollte beachtet werden, dass die Polarität des Kondensators beachtet werden sollte, bevor Sie ihn platzieren.

5V feste DC-Versorgung

5V DC funktioniert nach dem gleichen Prinzip, aber der dafür verwendete Regler ist ein fester 7805. Auch der verwendete Transformator war von 220V bis 9V AC.

Schritt 2: Schaltplan und erforderliche Komponenten:

Schaltplan und erforderliche Komponenten sind in den obigen Bildern aufgeführt.

Schritt 3: Simulationen und PCB-Layout

Proteus-Schema und Simulationen:

Die schematische Schaltung wurde simuliert, um zu sehen, ob die Schaltung korrekt funktioniert und unser Ziel einer variablen ±15V- und einer festen 5V-Stromversorgung erreicht. Dies wurde durch Messen der Ausgangsspannung mit Hilfe eines Multimeters überprüft.

Proteus PCB-Layout:

Der Schaltplan nach dem Test wurde dann in sein PCB-Layout umgewandelt. Die Komponenten werden zuerst platziert und das Routing erfolgt durch Auto-Routing. Die Breite des Stromkabels beträgt T80, während der Rest des Kabels die Breite T70 hat. Die Platinenlänge wurde mit 6 x 8 Zoll gewählt. Ein 3D-Layout wurde auch auf das erwartete PCB-Design überprüft. Das fertige Layout und die Prüfung, ob sich die Pfade nicht kreuzen, wird als PDF exportiert. Nur die Platinenkante und die untere Ebene werden für die PDF-Datei ausgewählt und der Rest wird deaktiviert. Es gibt uns einen Druck der Spur der gesamten Leiterplatte.

Schritt 4: PCB-Druck

Drucken auf Butterpapier:

Der als PDF-Datei erhaltene Track wurde auf das Butterpapier gedruckt. Zu diesem Zweck wurde der Drucker mit Toner und nicht mit flüssiger Tinte verwendet, da dieser nicht auf das Butterpapier übertragen werden kann. Zu diesem Zweck wird Butterpapier zum einfachen Drucken auf die Größe eines A4-Papiers zugeschnitten und dann auf die Leiterplattengröße zugeschnitten.

Übertragen des Drucks vom Butterpapier auf die Leiterplatte:

Das Butterpapier wird auf die Leiterplatte gelegt. Ein heißes Bügeleisen wird verwendet, um das Butterpapier zu pressen, was dazu führt, dass sich die Spur aufgrund der Erwärmung der Tonertinte selbst auf der Leiterplatte fotokopiert. Danach werden Spurkorrekturen mit dem Permanentmarker vorgenommen.

Radierung:

Beim Übertragen der Leiterbahn auf die Leiterplatte wird die Leiterplatte im nächsten Schritt in einen mit Eisenchlorid gefüllten Behälter getaucht, der in den Ofen gestellt wird, wodurch Kupfer von der gesamten Leiterplatte entfernt wird, mit Ausnahme der Leiterbahn, die gedruckt wurde, was zu einer Plastikfolie mit Kupfer nur auf der Strecke vorhanden.

Bohren:

Nach der Vorbereitung der Leiterplatte werden die Löcher mit einem Leiterplattenbohrer gebohrt, indem man ihn in der Mitte hält, um den Bohrer in einem 90-Grad-Winkel zur Leiterplatte zu halten, und keinen zusätzlichen Druck ausübt, da sonst der Bohrer bricht. Die Löcher für Transistoren, Stecker, Regler, Dioden sind größer als bei normalen Widerständen, Kondensatoren usw

Reinigung mit Verdünnung/Benzin:

Die Leiterplatte wird je nach Verfügbarkeit mit einigen Tropfen Verdünner oder Benzin gewaschen, damit die Tinte von der Leiterbahn entfernt wird und das Bauteil perfekt auf der Leiterplatte verlötet wird. PCB ist fertig zum Löten mit Komponenten.

Löten von Komponenten:

Anschließend werden die Bauteile entsprechend dem Proteus PCB-Layout auf die Leiterplatte gelötet. Die Komponenten werden mit Vorsicht gelötet, indem die Leiterbahnen oder Punkte nicht kurzgeschlossen werden. Polaritäten von Komponenten wie Kondensatoren/Transistoren werden berücksichtigt. Kühlkörper werden mit den Reglern mit der Paste zur besseren Leitfähigkeit befestigt und mit der Platine verlötet. Ähnlich

Testen:

Ein letztes Mal wird die Leiterplatte auf Kurzschluss getestet, während die Komponenten auf der Platine gelötet werden. Danach wurde die Leiterplatte eingeschaltet und die Ausgabe wurde notiert, die der gewünschten Ausgabe entsprach. PCB ist bereit, in das Gehäuse eingesetzt zu werden.

Schritt 5: Gehäusevorbereitung

Ein vorgefertigtes Gehäuse mit Grundlayout wurde vom Markt gekauft und entsprechend der gewünschten Anforderung modifiziert. Es kam mit zwei Löchern für zwei Binding Posts, so dass zusätzlich 4 Löcher für Binding Post und 2 für Potentiometer in das Gehäuse gebohrt wurden. Eine 3-polige Buchse wurde ebenfalls für den einfachen Anschluss des AC-Versorgungskabels platziert. Außerdem wurde ein Schalter außen platziert, um die Stromversorgung ein- oder auszuschalten. Zusätzlich wurde ein VOLTMETER im Lieferumfang zur leichten Ablesbarkeit/Auswahl für den Anwender verbaut.

Schritt 6: Einrichten der Versorgung

Transformatoren und Schaltung wurden mit Hilfe einer Holz-/Isolierfolie im Gehäuse untergebracht, um einen Kurzschluss mit dem Körper zu vermeiden. Schrauben und Kabelbinder wurden verwendet, um die Komponenten zusammenzuhalten. Am Gehäuse wurden Polklemmen, Sicherungshalterpotentiometer und Taster angebracht. Überbrückungsdraht wurde zum Verbinden verwendet und wurde gelötet, um die Verbindung zu sichern. Schrumpffolie wurde verwendet, um die Verbindungen zu sichern und Kurzschlüsse zu vermeiden. Die Versorgung wurde getestet.

Schritt 7: Lastregelung

Die Last wurde an den Versorgungsausgang angeschlossen und es kam zu einem Spannungsabfall am Ausgang, der auf den Abfall über den Widerständen der Drähte/Leiterbahnen/Verbindungspunkte zurückzuführen war. Um dem Rechnung zu tragen, wurden die Werte der Widerstände am LM317 / LM337 geändert, um eine Lastspannung von 15 Volt bereitzustellen. Als Spannung am Ausgang war die Leerlaufspannung.

Schritt 8: Abschließende Tests/Beobachtungen

Das in der Versorgung verwendete Voltmeter funktionierte nur für Spannungspegel über 7 V (andere nicht auf dem Markt erhältlich). Mit einem besseren Voltmeter könnten also auch niedrigere Spannungswerte gemessen werden. Vorzugsweise mit einem bidirektionalen analogen Voltmeter und mit einem Schalter zum Ändern des zu messenden Wertes (+ve Versorgung oder –ve Versorgungsspannung), könnte es praktischer sein.

Insgesamt war es ein interessantes Projekt. Ich habe viel gelernt, als ich mich mit der Herstellung von Leiterplatten, Problemen bei der Herstellung einer Stromversorgung und variablen Spannungsreglern vertraut gemacht habe.

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