Мини лабораторный блок питания

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.

2106096805.jpg 975701621.jpg

122171333.jpg

 Блок питания можно использовать для следующих целей:

  1. Регулируемый источник питания;
  2. Зарядное устройство;
  3. Светодиодный драйвер постоянного тока;
  4. Контроллер заряда солнечной батареи.

Основные параметры:

  1. Диапазон входного напряжения: 5-36 В постоянного тока;
  2. Диапазон выходного напряжения: 1,25-32 В постоянного тока регулируется;
  3. Выходной ток: 0-5А Выходная мощность: 75 Вт;
  4. Пульсация на выходе: 50 мВ (макс.);
  5. Встроенная защита от перегрева и короткого замыкания.

Используемые компоненты:

  1. Понижающий преобразователь XL4015;
  2. Светодиодный дисплей вольтметр-амперметр;
  3. Прецизионный многооборотный потенциометр 2x10k;
  4. 2 пары клемм
  5. Разъем постоянного тока (5,5 x 2,1 мм);
  6. 2 выключателя;
  7. Держатель предохранителя;
  8. Предохранитель;
  9. Радиатор;
  10. Провода 20AWG;
  11. Термоусадочная трубка;
  12. Источник питания 12-30 В постоянного тока;

Шаг 1. Как это работает?

В основе схемы лежит понижающий преобразователь постоянного тока XL4015.

2282281573.jpg

Схему можно разделить на следующие разделы:

 1889069740.png

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.

3483934901.jpg4073228549.jpg

Точно так же припаиваем красный провод к одной клемме держателя предохранителя.

1889017556.jpg

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.

1308112740.jpg2343863984.jpg

3067391744.jpg4050965968.jpg

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.

3423927392.jpg2117345392.jpg

Я использовал цветные провода 24AWG для подключения внешних потенциометров.

Цвет провода ------> контактный номер
Красный ------> 1
Желтый ------> 2
Черный ------> 3

img17.png

img18.jpg

1129580992.jpg83129104.jpg

Шаг 5: 3D-печать Дизайн корпуса

STL файлы корпуса и ручек можно скачать внизу статьи.

1129643448.png3369135463.png

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:

  1. Скорость печати: 60 мм/с;
  2. Высота слоя: 0,2 мм (0,3 также подойдет);
  3. Плотность заполнения: 25%;
  4. Температура экструдера: 200°C;
  5. 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.

809557422.jpg

2011211646.jpg1249939150.jpg

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.

4171256542.jpg2187329982.jpg

3317726062.jpg

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.

3204458510.jpg1028702175.jpg

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.

3184239.jpg3166467291.jpg

3330025403.jpg 4212919819.jpg

2178702699.jpg

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.

872186235.jpg

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.

245147851.jpg1228722715.jpg

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.

1952250795.jpg

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).

4128009338.jpg

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.

512298618.png

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:

  1. Модуль сильно греется при большом рабочем токе. Думаю, для отвода тепла нужен охлаждающий вентилятор.
  2. Отображаемое на дисплее напряжение и ток, не очень точные.

3412870602.jpg

Но простота и дешевизна блока питания перекрывают эти недостатки.

Дополнительный материал тут 

Расчет импульсного трансформатора

Подписаться на новости
Введите Ваш e-mail

Усилители мощности
Блоки питания
Arduino
Программаторы
Радиоконструкторы
Прочее...