Настольный блок питания чрезвычайно полезен для любителей электроники, но он может быть дорогим при покупке на рынке. В этом руководстве я покажу вам, как сделать блок питания для мини-лаборатории с ограниченным бюджетом. Это отличный проект как для начинающих, так и для всех, кто интересуется электроникой.
Источник питания основан на модуле понижающего преобразователя DC-DC XL4015. Этот модуль может обеспечивать регулируемое выходное напряжение от 1,4 В до входного напряжения и выходного тока от 0 мА до 5 А. Для этого требуется только источник постоянного тока с диапазоном напряжения 12-30 В. Здесь я использовал адаптер постоянного тока 24 В / 3 А.
Блок питания можно использовать для следующих целей:
- Регулируемый источник питания;
- Зарядное устройство;
- Светодиодный драйвер постоянного тока;
- Контроллер заряда солнечной батареи.
Основные параметры:
- Диапазон входного напряжения: 5-36 В постоянного тока;
- Диапазон выходного напряжения: 1,25-32 В постоянного тока регулируется;
- Выходной ток: 0-5А Выходная мощность: 75 Вт;
- Пульсация на выходе: 50 мВ (макс.);
- Встроенная защита от перегрева и короткого замыкания.
Используемые компоненты:
- Понижающий преобразователь XL4015;
- Светодиодный дисплей вольтметр-амперметр;
- Прецизионный многооборотный потенциометр 2x10k;
- 2 пары клемм
- Разъем постоянного тока (5,5 x 2,1 мм);
- 2 выключателя;
- Держатель предохранителя;
- Предохранитель;
- Радиатор;
- Провода 20AWG;
- Термоусадочная трубка;
- Источник питания 12-30 В постоянного тока;
Шаг 1. Как это работает?
В основе схемы лежит понижающий преобразователь постоянного тока XL4015.
Схему можно разделить на следующие разделы:
1. Вход:
Входное напряжение постоянного тока на XL4015 подается через разъем постоянного тока. Предохранитель включен последовательно между гнездом постоянного тока и входной клеммой модуля XL4015 (IN +). Предохранитель используется для защиты цепи от случайного короткого замыкания.
2. Выход:
Выходная клемма модуля XL4015 подключается к двум клеммам через переключатель. Переключатель позволяет отключать нагрузку для регулирования напряжения, не отсоединяя её от блока питания.
3. Дисплейный блок:
Светодиодный дисплей вольт-ампер используется для отображения выходного напряжения и тока. Это очень полезно, потому что вы можете видеть значения напряжения и тока во время регулировки.
Источник питания дисплея подключается к входному разъему модуля XL4015 через переключатель. Переключатель позволяем выключить дисплей после регулировки значения напряжения и тока. Это особенно важно, когда вы будете использовать блок питания для зарядки аккумулятора.
4. Внешние потенциометры:
Два прецизионных потенциометра с сопротивлением 10 кОм используются вместо встроенных подстроечных резисторов для точной регулировки напряжения и тока.
Примечание. Преобразователь рассчитан на 75 Вт, но если вы планируете использовать мощность 75 Вт в течение более длительных периодов времени, вам понадобится внешний охлаждающий вентилятор для отвода тепла.
Шаг 2: Подготовка разъема и предохранителя
Припаиваем красный и черный провода (20AWG) к разъему. Перед пайкой необходимо нанести небольшое количество флюса на клеммы. Затем заизолируем место пайки с помощью термоусадочной трубки.
Точно так же припаиваем красный провод к одной клемме держателя предохранителя.
Шаг 3. Подготовим выключатели и клеммы.
В этом проекте используются два переключателя: один используется для отключения дисплея вольт/ампер, а другой - для отключения нагрузки.
Припаяем положительный провод (тонкий красный провод) блока дисплея к одной клемме переключателя, а небольшой кусок красного провода (24AWG) - к другой клемме.
Аналогичным образом подключим красный зажим к одному концу переключателя, а кусок красного провода (20AWG) - к другому выводу.
Изолируем места пайки с помощью термоусадочной трубки.
Шаг 4: Добавление внешних потенциометров
Выпаиваем два небольших потенциометра с модуля XL4015. Припаиваем по три провода к каждому из двух многооборотных прецизионных потенциометров, которые мы будем использовать, и припаяем эти провода к тем местам, где были маленькие подстроечные резисторы на печатной плате. Во время подключения убедитесь, что вы подключаетесь к правильному контакту.
Я использовал цветные провода 24AWG для подключения внешних потенциометров.
Цвет провода | ------> | контактный номер |
Красный | ------> | 1 |
Желтый | ------> | 2 |
Черный | ------> | 3 |
Шаг 5: 3D-печать Дизайн корпуса
STL файлы корпуса и ручек можно скачать внизу статьи.
Шаг 6: 3D-печать корпуса
Я использовал свой принтер Creality CR-10, оранжевую и серую нити PLA 1,75 мм для печати деталей.
Мои настройки:
- Скорость печати: 60 мм/с;
- Высота слоя: 0,2 мм (0,3 также подойдет);
- Плотность заполнения: 25%;
- Температура экструдера: 200°C;
- Температура кровати: 65°C.
После печати передней и задней панелей я выделил текст и символы перманентным маркером. Передняя часть ручки потенциометра окрашена в синий цвет акрилом.
Шаг 7: Собираем схему
Собираем схему, следуя принципиальной схеме, представленной на картинке выше.
Присоединяем красные провода от держателя предохранителя и переключателя (дисплей), а затем подключаем их к клемме IN + модуля XL4015. Соединяем черные провода от гнезда постоянного тока и блока дисплея, а затем подключаем их к разъему IN- модуля XL4015.
Присоединяем красный провод от переключателя (красная клемма) и желтый провод от дисплея, а затем подключаем их к клемме Out + модуля XL4015.
Присоединяем черный провод дисплея к выходу XL4015, а красный провод - к черной клеммной колодке. Это заставит весь ток, протекающий через выходные клеммы, также проходить через амперметр дисплея, чтобы он мог измерять и отображать ток.
Шаг 8: прикрепляем радиатор к микросхеме XL4015
Для отвода тепла, выделяемое микросхемой XL4015, прикрепим к ней небольшой радиатор.
Я использовал радиатор размером 8,5 х 8,5 мм.
Шаг 9: Сборка
После того, как схема будет собрана, устанавливаем ее в корпус, напечатанный на 3D-принтере. Прикручиваем модуль XL4015 к дну коробки с помощью 4 коротких болтов M2.
Кронштейны крепления и потенциометры крепятся к передней панели. Разъем и держатель предохранителя крепятся к задней панели.
Шаг 10: Устанавливаем предохранитель
После сборки корпуса устанавливаем предохранитель нужного номинала в держатель предохранителя.
Номинал предохранителя должен быть в 1,56 раза больше максимального номинального тока. Для тока 5А. Предохранитель на 8А идеален.
Шаг 11: Использование в качестве источника стабильного тока
Подключаем выход адаптера к входному разъему. Я использовал адаптер 230В/24В 3А.
Затем подключаем нагрузку к клеммам, соблюдая полярность. (Красный - положительный, черный - отрицательный).
Сначала настраиваем «потенциометр напряжения» так, чтобы выходное напряжение достигло желаемого значения.
Включаем выходной выключатель, и медленно увеличивая ток, регулируя «потенциометр тока», до желаемого значения.
Я подключил двигатель постоянного тока в качестве нагрузки, чтобы продемонстрировать эту функцию.
Шаг 12: Использование в качестве зарядного устройства
Перед использованием этой функции мы должны знать напряжение и значение зарядного тока аккумулятора. Мы можем легко получить его из таблицы данных аккумулятора.
Пример: зарядка аккумулятора 18650 3,7 В / 2600 мАч. Напряжение холостого хода составляет 4,2 В, а максимальный ток зарядки - 2600 мА (1С).
Подключаем аккумулятор 18650 к выходным клеммам.
Отрегулируем «потенциометр напряжения» так, чтобы выходное напряжение достигло нужного напряжения.
Затем включаем выходной выключатель и выставляем ток зарядки.
Шаг 13: Использование в качестве контроллера заряда солнечной батареи
Подключаем выход солнечной панели ко входу на задней панели.
Подключаем аккумулятор к клеммам.
Выставляем «потенциометром напряжения» так, чтобы выходное напряжение достигло напряжения заряженного аккумулятора.
Затем включаем выходной выключатель и выставляем ток зарядки.
Пример: зарядка герметичного свинцово-кислотного аккумулятора на 12 В / 7 Ач. Напряжение холостого хода составляет 13,5 В, а зарядный ток - 700 мА (C / 10).
Шаг 14: Использование в качестве драйвера светодиода постоянного тока
Подключаем светодиод к клеммам.
Выставляем «потенциометром напряжения» так, чтобы выходное напряжение достигло рабочего напряжения светодиода.
Включаем выходной переключатель, выставляем ток, пока он не достигнет желаемого значения.
Пример: подключение светодиода мощностью 1 Вт, рабочее напряжение - 3,2 В и ток: 350 мА.
Шаг 15: Заключение!
Мне очень понравился этот небольшой блок питания, которым очень удобно пользоваться во время работы над проектами. Могу сказать, что это недорогой и полезный проект для всех любителей электроники.
Я заметил два недостатка в этом источнике питания:
- Модуль сильно греется при большом рабочем токе. Думаю, для отвода тепла нужен охлаждающий вентилятор.
- Отображаемое на дисплее напряжение и ток, не очень точные.
Но простота и дешевизна блока питания перекрывают эти недостатки.