Zasilacz regulowany 20V 2A




Na wstępnie chciałbym zaznaczyć, że to nie jest zasilacz znany z Electronic Lab, który jest do znudzenia powielany na Elektrodzie. Postanowiłem zaprojektować własny zasilacz, na którym będzie można polegać w każdej sytuacji.

Cechy zasilacza:
  • Płynna regulacja napięcia od 0 do 20V
  • Płynna regulacja ogranicznika prądowego od 0 do 2A
  • Dioda sygnalizująca włączenie ogranicznika
  • Wbudowany analogowy miernik napięcia i prądu
  • Różne wtyki na wejściu i wyjściu
  • Zabezpieczenie przed przegrzaniem



A gdzie transformator?


Ano właśnie - to jest jedyna rzecz, jakiej w tym zasilaczu nie ma! Zapewne każdy z was ma do dyspozycji zasilacz wtyczkowy z popularnym okrągłym złączem DC 5,5/2,1mm lub zasilacz od laptopa. Pomyślałem, że zamiast kolejnego transformatora w moim warsztacie, lepiej będzie wykorzystać niepotrzebne rzeczy. W tym przypadku wykorzystałem zasilacz Dell PA-9. To fantastyczny "klocek" który daje 20V i aż 4,5A i oczywiście ma także własne zabezpieczenia.

Mój zasilacz jest przystosowany także do działania z ładowarką od Nokii za złączem DC 3,5/1,1mm (DCPS1813) czyli popularne w starych telefonach. Jest też złącze śrubowe oraz piny i dziurki. Można podłączyć wszystko, co daje max 35VDC.

Na wyjściu zasilacza mamy standardowe banany w kolorze czerwonym i czarnym. Nigdy ich nie używam, bo drogie i duże :) dałem tylko na wszelki wypadek, a nóż kiedyś się przydadzą. Zdecydowanie częściej korzystam ze złącz na goldpiny - te dwa czarne w układzie 2x3. Właściwie są to cztery złącza, które nazwałem Blond, bo każda blondynka to podłączy. Złączka składa się z trzech pinów. W środku jest plus, po bokach jest minus. Zasilania nie da się podłączyć odwrotnie :)



Stabilizator LM317 inaczej niż zwykle


Podstawowy schemat z LM317 każdy widział. Umożliwia regulację od 1,25V do napięcia zależnego od rezystancji potencjometru, a ogranicznik prądu jest wbudowany w układ i ustawiony na sztywno. W dokumentacji LM317 można znaleźć jeszcze inne wariacje na temat tego pomysłowego układu i postanowiłem je wykorzystać.


Mądrość ludowa, głoszona w różnych miejscach w internecie głosi, że aby stabilizator się nie wzbudzał, należy na wejściu i wyjściu dać wieeeeeeelkie kondensatory elektrolityczne. Trochę mnie to dziwi. O ile na wejściu jest to uzasadnione filtrowaniem napięcia za mostkiem prostowniczym, to nie wiem, po co duże kondensatory miały by być na wyjściu. Dokumentacja zaleca dać maksymalnie 10uF z wyraźnym zaznaczeniem, że ma to być kondensator tantalowy, a nie elektrolit. Pouczony jednak mądrością ludową, dałem kondensator 1000uF. I co? LM317 wzbudzał się przy każdej okazji. Grzał się jak kaloryfer, a kiedy włączał się ogranicznik prądowy, to stabilizator aż PISZCZAŁ!!! Rozwiązaniem problemu było wyrzucenie dużego kondensatora z wyjścia i wszystko zaczęło działać pięknie.

Elementy elektroniczne, zestawy prototypowe, Arduino

Mikrokontrolery XMEGA

To samo tyczy się diod DO1 i DO2. Mają one rozładować kondensatory w razie zwarcia. Jednak również występował problem wzbudzania się i musiałem je usunąć. Wszystkie elementy oznaczone gwiazdkami, tzn DO1, DO2, C7 i C8 są obecne na płytce drukowanej i można je przylutować, ale jednak to odradzam.

LM317 jest przeznaczony do pracy z prądem 1,5A. Z mojego zasilacza można pobrać 2A, co jest poważnym wykroczeniem przeciwko postanowieniem dokumentacji producenta. Mimo, że scalak jest przeciążony, to jednak nic złego mu się nie dzieje, ponieważ jest w nim szereg zabezpieczeń. Ten egzemplarz LM317 który ja mam, działa u mnie już ponad 2 lata. Mimo to, jeżeli komuś nie podoba się pobieranie 2A z LM317, to może dać LM350 z prądem 3A, LM338 z ograniczeniem do 5A albo LM396 który daje aż 10A!


LM317 jest wyposażony w szereg zabezpieczeń. Między innymi zabezpieczenie termiczne - w układ wbudowany jest termometr, który po przekroczeniu 110'C obniży napięcie wyjściowe w taki sposób, aby układ pracował dalej, ale nie nagrzewał się jeszcze bardziej. Zabezpieczenie przeciwzwarciowe i ogranicznik nie są wykorzystywane, ponieważ dołożyłem własny, regulowany ogranicznik.

Jak działa regulacja od 0V, skoro LM317 zwykle daje napięcie o 1,25V? Otóż 1,25V to napięcie występujące na rezystorze R1. Zwykle jest on połączony szeregowo z potencjometrem regulacji do masy. Zatem, kiedy rezystancja potencjometru wynosi zero, wtedy właśnie mamy 1,25V na wyjściu. Co zrobić, aby obniżyć napięcie wyjściowe do zera? Otóż trzeba potencjometr podłączyć do napięcia ujemnego! Wtedy napięcie na rezystorze i ujemne zapięcie zasilania się zniosą i będziemy mieć zero na wyjściu. Oto cała filozofia.




Równolegle do potencjometru POT1 jest podłączony tranzystor ogranicznika prądowego. Tranzystor ten jest "sztucznym potencjometrem", który obniża napięcie zasilania w taki sposób, aby pobierany prąd nie przekroczył dopuszczalnej wartości. Skąd wiemy, jaki obecnie płynie prąd? Przepływający prąd wywołuje spadek napięcia na rezystorze R6. Nie jest to duży spadek, ponieważ prąd 2A płynący przez rezystor 0,1R wywołuje napięcie 0,2V. To napięcie jest porównywane z napięciem odniesienia, ustalanym przez potencjometr POT2. Kiedy napięcie na rezystorze pomiarowym jest większe od napięcia progowego, wówczas komparator się załącza, otwiera tranzystor, a to z kolei obniża napięcie zasilania na wyjściu z LM317. Włączenie ogranicznika jest sygnalizowane żółtą diodą, obok potencjometru regulacji prądu.

Układy regulacji wymagają napięcia symetrycznego +5V i -5V. Napięcie dodatnie uzyskiwane jest z 7805 (w obudowie TO92!). Oznacza to, że minimalne napięcie, jakie należy doprowadzić na wejście zasilacza to 7V, bo inaczej ogranicznik prądowy nie będzie działał poprawnie. Zasilanie -5V uzyskiwane jest z popularnej przetworniczki kondensatorowej ICL7660.

Mierniki napięcia i prądu


Dokładny pomiar zostawmy miernikom laboratoryjnym - to tylko zasilacz, więc zbudowane mierniki dają tylko orientacyjny pomiar. Zastosowałem nieskomplikowane przetworniki analogowo-cyfrowe LM3914. Jeżeli ktoś chce się dowiedzieć,http://www.blogger.com/img/blank.gif jak to działa, to spojrzeć na stronę http://leon-instruments.blogspot.com/2010/12/amperomierz-lm3914.html, gdzie dokładniej to opisałem.

Zielone diody to woltomierz. Każda dioda oznacza 1V, świecenie 5 diod oznacza, że na wyjściu mamy 5V. Amperomierz to czerwone diody i tutaj każda z nich oznacza 0,1A. W woltomierzu i amperomierzu diod jest 20, więc maksymalne wskazania to 20V i 2A.

Należy kupić diody energooszczędne. 40 świecących diod pobiera znaczny prąd, a jeżeli jedna dioda pobiera 20mA, to wszystkie razem ciągną 0,8A! W sklepach są dostępne diody o wysokiej sprawności, które świecą wystarczająco jasno przy prądzie 1mA. Jasność diod reguluje prąd pobierany z nóżki REF OUT układów LM3914 - prąd każdej zapalonej diody jest dziesięć razy większy od prądu wypływającego z REF OUT. Należy tak dobrać rezystory R11, R12, R13, R14, aby diody świeciły wyraźnie, ale z zachowaniem rozsądnego poboru prądu. Należy uwzględnić, że do R12 i R14 są równolegle podłączone potencjometry 47k!

Kalibracja mierników jest bardzo prosta. Najpierw kalibrujemy woltomierz. Łączymy normalny woltomierz do wyjścia i potencjometrem POT1 ustawiamy jakieś napięcie, np 19V. Następnie tak regulujemy potencjometr PR1, aby świeciło się 19 zielonych diod. Do kalibracji amperomierza będziemy potrzebowali jakieś obciążenie, może być żarówka z samochodu. Łączymy ją szeregowo z amperomierzem i podłączamy do zasilacza. Potencjometrem POT1 regulujemy napięcie zasilania tak, aby amperomierz pokazał 1,9A. Wtedy ustawiamy potencjometr PR2, aby zaświeciło się 19 czerwonych diod. Kalibracja gotowa!

Przykłady działania


Żaróweczka jest zasilana z napięcia 20V (20 zielonych diod) i pobiera prąd 1A (10 czerwonych diod).


Zmniejszyłem napięcie do 9V - żarówka pobiera 0,6A.


Żółta dioda sygnalizuje pracę ogranicznika prądowego. Ogranicznik został ustawiony na 0,8A, natomiast napięcia 16V ustawiło się samo.



Pliki do pobrania:

45 komentarze :

syntetyczny drań pisze...

Po nawale zasilaczy electronics lab na elektrodzie, myślałem, że też se zrobię. i się mocno przejechałem. Za dużo mnie to czasu kosztowało. Teraz pewnie zrobiłbym taki na lm. Bo szybciej, a efekty takie same(z mojej perspektywy).
Dziwie się, że kolega nie wykorzystał mierników panelowych, z których korzystał wcześniej...

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Po prostu chciałem spróbować czegoś innego. ICL7106 mi się nudził :)

Anonimowy pisze...

Jeśli nauczyć, to tu jest cos ... lepszego http://www.mikrocontroller.net/topic/124858#new

Anonimowy pisze...

Po co wkładałeś LM3914? Drogie to cholerstwo jak nie wiem co. Zamiast tego wystarczylaby jedna atmega z wykorzystaniem ADC i po sprawie. Do tego zaimplementowalbys dodatkowo wiele przydatnych funkcji. Poza tym liczenie diod jest uciazliwe, zamiast tego lepiej bylo zrobic tradycyjny miernik, a tak zamiast miernika jest choinka.

Anonimowy pisze...

Bardzo fajny zasilacz, lecz mam pytanie czy jeżeli zastosuje LM338,zamiast LM317 to stabilizator 78l05 się nie spali,przy poborze prądu 5A?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

78L05 ma obciążalność do 100mA i nie ma on tutaj nic wspólnego z obciążeniem, jaki podłączasz pod zasilacz. On tu jedynie zasila elementy regulacyjne zasilacza, jak wzmacniacz operacyjny, przetwornicę 7660 i jakieś inne drobiazgi.

Anonimowy pisze...

Witaj, mam bardzo ważne pytanie, jesteś w stanie podać wzór na ograniczenie prądowe? Chciałbym zrobić taki ale na ograniczenie muszę mieć przełacznik z rezystorami a nie potencjometr. Byłbym bardzo wdzięczny :-)

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Wzór jest prostszy niż się spodziewasz: U = I*R :) Ograniczenie włącza się, kiedy komparator U8A otwiera tranzystor T1, a ten obniża napięcie wyjściowe zasilacza, co z kolei zmniejsza płynący prąd. Komparator porównuje dwa napiecia. Pierwsze pochodzi z dzielnika R7 POT2, który ustala napięcie graniczne powyżej którego włącza się ogranicznik. Drugie napięcie pochodzi z rezystora R6, który jest rezystorem pomiarowym. Im większy prąd przez niego płynie, tym większe występuje na nim napięcie, zgodnie z prawem Ohma U=IR. Jeżeli płynie 2A, a rezystancja wynosi 0,1R, to powstanie na nim napięci 0,2V. To jest porównywane z drugim napięciem doprowadzonym do komparatora. Zamiast potencjometru możesz wstawić drugi rezystor i zrobić w ten sposób dzielnik napięcia bez regulacji.

Anonimowy pisze...

Aha, tzn wiem o tym spadku tylko że chciałbym jakiś wzór, typu podstawiam prąd wychodzi rezystor przy wzmacniaczu :D. Dzięki za wyjaśnienie jak działa ten ogranicznik, bo nie mogłem się pokapować. W ogóle to zrobiłem już na stykowej zasilacz na L200, ale nie ruszył potem Twój, ale też mi nie chciał działać, teraz montuję Electronics labs a jak nie zadziała to kupuje gotowy :]

Anonimowy pisze...

Nigdy nie słyszałem o tym, aby na wyjściu dawać wieeelkie kondensatory. O tantalach czytałem i zawsze je stosuję. Duży kondensator stosuję zaraz za mostkiem. Poza nim tantal tuż przy LM-ie i podobnie na wyjście.

Anonimowy pisze...

Czy aby zastosować inne mierniki wystarczy usunąć dolną część schematu? I podpiąć mierniki w wyznaczone miejsca??

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Dokładnie tak

Anonimowy pisze...

Dziękuję za bardo szybką odpowiedź.

Anonimowy pisze...

Piszę, jak inni, zasilacz bardzo mi się spodobał, zwłaszcza brak trafa. Każdy ma coś u siebie, co może wykorzystać, więc pomysł ok. A teraz pytanie do autora: jak należy postąpić w przypadku zasilacza z napięciem ujemnym, tak aby można było mieć zasilacz symetryczny.

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Nie da rady, tej wersji nie da się przerobić na symetryczną.

Anonimowy pisze...

Ok. Dziękuję, a projekt fajny, szkoda.

Anonimowy pisze...

a jak bym chciał zamiast led dać amperomierz na ledzie do 10A taki z allegro ??? gdzie go podpiąć ???

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Pod rezystor pomiarowy - w tym przypadku R6.

Anonimowy pisze...

Przy brutalnym zwarciu na wyjściu nie działa zewnętrzny ogranicznik prądowy , nadrzędnym jest wewnętrzne ograniczenie scalaka w okolicach 0,5A . Jak to zwalczyć?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Powinien działać. Czy na pewno wszystkie połączenia są prawidłowe? Może coś nie styka?

Anonimowy pisze...

Witam, bardzo fajny i praktyczny projekt! Mam pytanie: czy zamiast bloku przygotowania 5v i -5v można by użyć napięcia minusowego i dodatniego z ATX'a, wraz z zasilaniem całego układu? mam parę zasilaczy do LMa nadają się idealnie.

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Oczywiście, taki zasilacz pewnie da dużo lepsze parametry niż 7805 i 7660.

Wojtek pisze...

Mam pytanie - czy ten zasilacz, a właściwie ogranicznik prądu przechodzi test diody LED?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Czyli?

Wojtek pisze...

Ustawiasz maksymalne napięcie, ograniczenie prądu powiedzmy na 10mA i podłączasz LED. Brak błysku i specyficznego zapachu oznacza, że stabilizacja prądu działa. Taki test widziałem chyba na EEVblog. Jestem na etapie projektowania właśnego zasilacza i szukam sprawdzonego rozwiązania stabilizacji prądu.

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Szczerze mówiąc to wątpię ;)

kucerman pisze...

Witam, mam mały problem z zasilaczem, i liczę na jakieś pomysły bo zgłupiałem.
Zrobiłem takie dwa, i oba zachowują się podobnie - dla napięcia ustawionego poniżej ~8V brak stabilizacji układ się wzbudza. Kondensatory na wejściach są, lmy raczej nie są winne, dwa zupełnie takie same objawy, przy wylutowanym tranzystorze ograniczenia takie same, potencjometry są ok. Zgłupiałem, więc prosze o pomoc. Ma Pan jakieś pomysły co jeszcze sprawdzić ?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Podłączasz obciążenie rezystancyjne czy jakieś nieliniowe? Zasilacz wzbudza się przy włączonym ograniczniku prądowym czy bez niego? Zmniejsz kondensatory na wyjściu stabilizatora lub całkowicie je usuń.

michal pisze...

Jak radzisz sobie z chłodzeniem LM317? Przy sporym napięciu z zasilacza laptopowego chyba potrzebujesz większego radiatora, kiedy obciążasz zasilacz trochę mocniej?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Przy LM317 ten radiator jakoś sobie radzi. Przy obciążeniu do 1A i napięciu wejściowym 20V jest OK. Później wymieniłem LM317 na LM338, który ma obciążalność do 5A i trzeba było wstawić dużo większy radiator z wentylatorem. Aby wiedzieć, jaki radiator należy użyć, trzeba znać maksymalną moc rozpraszaną i dopuszczalną temperaturę obudowy, jaka jest akceptowalna. Da się z tego wyliczyć rezystancję termiczną radiatora, jaka jest głównym kryterium wyboru.

Anonimowy pisze...

Witam,
Na wstępie chciałbym złożyć Panu serdeczne życzenia świąteczne oraz przekazać wyrazy uznania - ten serwis to kopalnia wiedzy :)

Mam także pytanie związane ze stabilizatorami tej rodziny (LM317 itd): czy prawdą jest, że po przekroczeniu różnicy między napięciem wejściowym a wyjściowym o 10V maksymalny "oddawany" prąd będzie wynosił tylko ok. 1A ze względu na wbudowane zabezpieczenia, niezależnie od użytego radiatora i skuteczności w rozpraszaniu mocy? Robił Pan może takie próby ze swoim zasilaczem? Można by to oczywiście łatwo obejść przełączaniem uzwojeń transformatora (Pan korzysta z zasilacza zewnętrznego) za pomocą przekaźnika sterowanego prostym przerzutnikiem Schmitta. Wtedy straty mocy byłyby znacznie mniejsze. Ale ciekaw jestem, jak to jest u Pana - czy wstawiony LM "wydala" z prądem niezależnie od różnicy napięć, czy jednak ograniczenie działa?
Pozdrawiam

Anonimowy pisze...

Witam serdecznie. Mam pytanie odnośnie ograniczenia prądowego. Jestem początkującym amatorem i mam pewien problem ze zrozumieniem działania tego układu. Widzę tam wzmacniacz operacyjny w układzie kompatarora - nie ma tam sprzężenia zwrotnego, czyli wzmacniacz "przerzuca" wyjście na plus albo minus np. 3V. A to oznacza że tranzystor jest albo otwarty albo zamknięty. Czyli potencjometr jest albo zwarty albo nie. To w takim razie w jaki sposób na wyjściu "ustala się odpowiednie natężenie prądu"? Czy nie powinno spaść do jakiejś - konkretnej wartości i to wszystko? Ale jak już spadnie, to wtedy komparator powinien się "odblokować" i na wyjściu pojawić ujemne napięcie i tranzystor - zablokować. I tak w kółko? Troszkę tego nie ogarniam. Czy mogę prosić o pomoc?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Moc rozpraszana na stabilizatorze zależy od napięcia źródła, pobieranego prądu i napięcia wyjściowego. Na przykład, jeśli na wejściu mamy 20V, a na wyjściu jest 5V, to na stabilizatorze jest 15V. Gdy w takiej sytuacji pociągniemy z niego 2A, to na stabilizatorze wydzieli się 30W, czyli będzie grzał się, że hej!

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Ograniczenie prądowe samo w sobie jest sprzężeniem zwrotnym. Wzmacniacz porównuje napięcie występujące na boczniku prądowym (R6) i napięciem ustalonym potencjometrem POT2. Napięcie wyjściowe zasilacza reguluje potencjometr POT1, a dokładniej jego rezystancja. Im jest ona mniejsza, tym napięcie mniejsze. Tranzystor połączony równolegle do potencjometru może spowodować "zmniejszenie rezystancji" kiedy się otworzy, a tym samym obniżenie napięcia wejściowego zasilacza. Skoro napięcie na wyjściu jest niższe to i prąd płynący przez odbiornik będzie mniejszy. Układ jest bardzo prosty, ale może trochę oscylować.

Anonimowy pisze...

Szukałem dobrego ograniczenia prądowego do zasilacza i szukając nie znalazłem takiego jakiego szukałem (w oparciu o wzmacniacze operacyjne) ale widzę, że twój zasilacz ma takie ograniczenie jakie szukałem :) mam pytanie. Coś trzeba przestawić w schemacie (np. rezystory) jeśli chcę mieć na wyjściu 30V i inny układ który daje więcej niż 2A LM338 lub LM350? Nie wiem czemu ale jak mam włączony na wyjściu rezystor multimetr pokazuje mi ok. -0,3V da się jakoś to podciągnąć do zera?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Za ustalenie zakresu napięć wyjściowych odpowiadają elementy R1, R2, POT1. R1 nie zmieniaj, POT1 możesz zwiększyć, to będzie dostępne wyższe napięcie. R2 ma za zadanie ściągnąć napięcie o 0V, bo LM317/350/338 same w sobie nie są w tanie tego zrobić. Jeśli wychodzi Ci poniżej zera to spróbuj coś zmienić z R2, ale przy obciążeniu powinno się samo wyzerować.

Anonimowy pisze...

a dlaczego kiedy reguluje napięcie zmienia się prąd

Dominik Leon Bieczyński pisze...

bo takie jest prawo Ohma

Anonimowy pisze...

Dlaczego nie da sie przerobić tego zasilacza na wersję symteryczna przy załozeniu że obydwa kanały pracują niezaleznie ?
Jak problemy z tym związane widzisz ?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Na upartego da się zrobić zasilacz napięcia ujemnego poprzez zrobienie "negatywu" tego układu, ale to nie będzie zasilacz symetryczny, tylko po prostu dwa zasilacze w jednym. Zasilacz symetryczny z założenia ma jedno pokrętło, które steruje napięciem dodatnim i ujemnym tak, aby były co do wartości takie same, tylko znak przeciwny.

Anonimowy pisze...

Ten zasilacz będzie słabo stabilizował napięcie, przy obciążeniu 2A napięcie na wyjściu spadnie o 0,2V. To sporo.

Anonimowy pisze...

Czy tego rodzaju zasilacz (w tym - układ ograniczenia prądowego) będzie działać z dowolnym stabilizatorem/regulatorem 3 końcówkowym? Znalazłem ostatnio w sklepie mocny układ LT1083CP (7.5A low dropout adjustable regulator) i chciałym go tu użyć. Wspomniał Pan, że układ może oscylować przy ograniczeniu prądu... martwi mnie to czy nie wzbudzi się? Nie chciałym zrobić sobie małego piecyka na warsztacie... Testował go Pan pod względem stabilności? Może da się go jakoś "ustabilnić"?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

Trudno mi się wypowiadać na temat LT1083CP, ponieważ nigdy go nawet w ręce nie miałem. Układ był projektowany pod LM317 i działa. Czy będzie działał z innym - trzeba to sprawdzić we własnym zakresie.

Mateusz Kaminski pisze...

Co to za rezystory zerowe?

Dominik Leon Bieczyński pisze...

To tylko zworki

Prześlij komentarz

Skomentuj!

Sklep Leon Instruments