STREDNÁ PRIEMYSELNÁ ŠKOLA LEVICE

Ul. Františka Hečku 25, 934 47 LEVICE

STREDOŠKOLSKÁ ODBORNÁ ČINNOSŤ

Stabilizovaný zdroj

Číslo a názov súťažného odboru:

11. Elektronika, Elektrotechnika a Energetika

Riešiteľ: Ivan Bogár Trieda: 4.C

Levice, február 2006

Úvod

Rozhodol som sa navrhnúť a skonštruovať stabilizovaný zdroj malého napätia . Regulácia napätia je plynulá , s možnosťou regulácie od nuly až po maximum . V zdroji je aj elektronická poistka s možnosťou regulácie výstupného prúdu.

Stabilizovaný zdroj je nevyhnutná súčasť každého meracieho, servisného a vývojárského pracoviska. Podobných prístrojov je na trhu mnoho a ich ponuka je dostatočne široká, no podľa môjho názoru sú predražené a veľké, vzhľadom na výkon, ktorý sú schopné dodať. Taktiež bývajú nadmieru zložité, čo takmer znemožňuje ich opravy pri poruchách.V dnešnej dobe sú rozšírené takzvané impulzné zdroje . Ich prednosťou je malá hmotnosť a malé rozmery , no v prípade poruchy sú neopraviteľné a častokrát ich poruchy pri prevádzke spôsobujú zničenie alebo poškodenie pripojených zariadení.

Skonštruovaný stabilizovaný zdroj pozostáva iba

z tranzistorov, čo značne znížilo jeho cenu a umožnilo ľahšie opravy pri možných poruchách. Tak sa toto zapojenie stalo dostupnejším a jeho realizácia nie je obzvlášť finančne náročná. Pred stavbou som si stanovil tieto požiadavky:

a.) plynulá regulácia napätia od 0 Volt po 30 Volt

b.) veľký rozsah výstupného prúdu s plynule preladiteľnou prúdovou ochranou

c.) možnosť súčasného merania výstupného napätia a prúdu do záťaže presnými digitálnymi meracími prístrojmi

d.) indikácia obmedzenia prúdu do záťaže pomocou LED diódy

e.) minimálne rozmery mechanického prevedenia

f.) najúčinnejší chladič výkonových prvkov pre dosiahnutie minimálnych rozmerov

2. Všeobecný popis

Keďže sa elektronike venujem nielen z titulu svojho študijného odboru ,ale elektronika je aj môj koníček a venujem jej všetok svoj voľný čas, rozhodol sa skonštruovať stabilizovaný zdroj, ktorý je nevyhnutnou súčasťou pracoviska elektronika. Skonštruovaný zdroj je z hľadiska svojej činnosti statický , využíva činnosť klasického sieťového transformátora so vstupnou frekvenciou 50 Hz. Zdroj umožňuje reguláciu výstupného napätia potenciometrom od 0 Volt až po maximálnu hodnotu výstupného napätia, ktorú nieje možné priebežne meniť (U_{výst max}). Ďalej umožňuje reguláciu výstupného prúdu potenciometrom v širokom rozsahu dostačujúcom pre napájanie aj náročnejších obvodov, čo sa týka prúdového odberu. Transformátory Tr1 a Tr2 sú napájané sieťovým napätím , Tr1 dodáva napätie pre hlavnú časť zdroja (RG) , Tr2 dodáva napájanie pre pomocný zdroj (PZ ), ktorý napája merače výstupného napätia a prúdu (M) do záťaže.Na chladiči sú umiestnené aktívne výkonové prvky, ktoré sú prepojené s hlavnou časťou zdroja.

Obr.1: Bloková schéma zdroja

Tr1 – transformátor hlavnej časti

Tr2 – transformátor pomocného zdroja

RG - regulátor,stabilizátor,elektronická ochrana

PZ - pomocný napájací zdroj

M - merače napätia a výstupného prúdu

CH - chladič výkonových prvkov

3. Popis jednotlivých blokov

3.1. Transformátory

Najdôležitejšiou časťou pre stavbu stabilizovaného napájacieho zdroja napájaného zo siete 230 V je transformátor. V realizovanom zdroji sú použité dva transformátory z dôvodu zamedzeniu rušenia výstupného stabilizovaného napätia motorčekom ventilátora chladiča a nutnosť oddeleného napájania pre digitálne meracie prístroje. Transformátor napájajúci hlavnú časť zdroja (Tr1) je z rozmerových dôvodov toroidného typu. Tento transformátor transformuje sieťové napätie 230 V na sekundárne 29 V pri celkovom výkone 300 W. Do primárneho aj sekundárneho okruhu som zaradil poistku pre ochranu pri poruchách a preťaženiach. Toroidný transformátor som zakúpil v predajni GME v Bratislave.

Druhý transformátor (Tr2) (napájajúci pomocný zdroj) nebol k dostaniu v žiadnom obchode, tak som sa rozhodol navinúť si ho sám. Postup navíjania transformátora je v prílohe 7.1

Istenie oboch transformátorov na primárnej strane je realizované spoločnou tavnou poistkou Po1 (2 A).

Obr.2: Transfomrátor Tr1

Obr.3: Transformátor Tr3

3.2. Jadro zdroja

Jadro zdroja (obr.4) pozostávajúce z regulátora napätia, regulátora prúdu, stabilizátora, prúdovej ochrany a signalizácie preťaženia je tvorené výlučne zapojením s trazistormi. Napätie privádzané z mostíkového usmerňovača je filtrované ∏ -článkom tvoreným kondenzátormi C1,C2 a tlmivkou Tl1. Hodnota indukčnosti bola zistená na základe niekoľkých pokusov, indukčnosti boli vyberané skusmo navíjaním medeného drôtu o priemere 1,6 mm na teleso železového toroidného transformátora malých rozmerov . Filtrované napätie sa privádza na kolektor tranzistora T7 umiestneného na chladiči a aj na riadiacu časť (jadro zdroja).Vyhladené napätie je privádzané na stabilizátor napätia tvorený Zenerovou diódou D1 , ktorá slúži ako zdroj stabilizovaného napätia pre nastavenie hodnoty výstupného napätia potenciometrom P1.Z bežca potenciometra sa odoberá napätie pre diferenciálny zosilňovač tvorený tranzistormi T1 a T2 , ktorý porovnáva hodnotu nastaveného napätia a hodnotu výstupného napätia. Zdroj prúdu pre tento diferenciálny zosilňovač tvorí Zenerova dióda D2.Vzorka výstupného napätia sa privádza z odporového deliča R8 a R7 na bázu T2. Rozdiel výstupného napätia a napätia nastaveného na potenciometri P1 je snímaný z emitorového rezistora R3 tranzistora T1 a privádza sa na bázu tranzistora T3 , ktorý riadi činnosť výkonového regulátora zdroja. Výkonový regulátor tvoria tranzistory T4, T5 a T6 ,ktorý je umiestnený na chladiči. Pri nastavení maximálneho napätia potenciometrom P1 je T3 zavretý,pretože napätie U_CB T1 je väčšie ako napätie U_BE T1, teda na bázi T4 je nulové napätie. Úbytok napätia na rezistore R4 ( plné napätie na filtri) otvorí naplno tranzistor T5 a ten potom T6 a na výstupe sa objaví maximálne napätie. Pri znížení nastaveného napätia potenciometrom P1 sa pootvorí tranzistor T3 a tranzistor T4 sa privrie. Tranzistor T5 bude zosilňovať napätie získané z “deliča” R4 a napätia U_CE na T4. T5 sa privrie, teda klesne napätie na báze T6 a zníži sa aj výstupné napätie. Vzorka výstupného napätia sa privádza na bázu T2 a ten zároveň nastavuje hodnotu maximálneho napätia, ktoré môže byť nastavené na výstupe zdroja, teda hodnota

U_{výst max ,}ktorá už bola spomenutá v popise . Hodnota maximálneho možného výstupného napätia sa nastavuje odporovým trimrom R8 a jeho hodnota môže byť od 10 V až do hodnoty napätia na filtračných kondenzátoroch. V zdroji je zabudovaný aj snímací rezistor R10,na ktorom je úbytok napätia aj pri minimálnom výstupnom prúde.Úbytok napätia na R9 sa sníma súčasne digitálnym meračom výstupného prúdu a elektronickou prúdovou poistkou. Úbytok napätia na rezistore R10 ,dióde D5 a úbytok na tranzistore T4 U_BE sa privádza na odporový delič tvorený R5,R6 a P2. Rezistorom R5 sa nastavuje maximálna hodnota úbytku napätia na deliči a teda aj hodnota maximálneho výstupného prúdu. Potenciometrom P2 sa nastavuje hodnota prúdu pre prúdovú ochranu. Akčným členom prúdovej ochrany je tranzistor T7 , ktorý zosilňuje napätie získané z deliča R5,R6 a P2. Keďže sa napätie na potenciometri P2 mení nielen so zmenou prúdu , ale aj so zmenou nastaveného výstupného napätia , je kolketor T7 napájaný z bázy tranzistora T4. Týmto zapojením som dosiahol , že napätie U_BE T7 je pre rôzne výstupné napätia, ale pre rovnaké výstupné prúdy rovnaké. Kondenzátor C6 slúži na kompenzáciu zvlnenia pri stabilizácii napätia a zabráneniu zakmitávania pri zmenách napäťových a prúdových pomerov v obvode. Ak sa dosiahne požadované napätie U_BE na T7 , uvedie sa tento tranzistor do vodivého stavu a privedie napätie približne 0,56 V na bázu tranzistora T3, ktorý sa následne otvorí a na bázu T4 pripojí nulové napätie a tým klesne výstupné napätie na nulu. Z kolektora T7 sa sníma ešte aj napätie pre signalizáciu činnosti prúdovej ochrany. Toto napätie sa privádza na tranzistorový zosilňovač tvorený T8 a T9. Tieto tranzistory zosiňujú prúd získaný z T7 na hodnotu potrebnú pre rozsvietenie LED diódy signalizácie. Pri znížení výstupného prúdu pod nastavenú medzu poklesne napätie aj na báze T7 , aj na báze T3 , teda aj na báze T8 a LED dióda zhasne.

Obr.4: Schéma zapojenia hlavnej časti

3.3. Chladič výkonových prvkov

Pre chladenie výkonových prvkov som sa rozhodol použiť pasívny aj aktívny chladič z dôvodu zachovania malých rozmerov zdroja. Výkonovými prvkami prechádza relatívne veľký prúd, teda ich výkonová strata je veľká a oteplenie je veľké. Ako usmerňovač som použil mostíkové zapojenie štyroch usmerňovacích diód v kovovom puzdre. Na chladič som umiestnil aj výkonový tranzistor T6 a snímací rezistor R9. Na chladiči je umiestnený aj termistor Rt, ktorý riadi otáčky ventilátora chladiča a teda aj činnosť chladiča.

Obr.5: Chladič výkonových prvkov

3.4. Pomocný zdroj

Pomocný zdroj je zdroj napájacích napätí pre merače výstupného napätia a prúdu do záťaže a zdroja napätia pre ventilátor chladiča. Digitálne merače si z hľadiska svojho použitia vyžadujú oddelené napájacie zdroje, jednak pre zabránanie vzájomného ovplyvňovania sa, a jednak kvôli nutnosti napájania z oddeleného zdroja, pretože pri napájaní z jedného zdroja sa vzájomne skratujú. To sa realizuje už pri oddelenom vinutí transformátora Tr2. Súčasťou pomocného zdroja je aj regulátor otáčok ventilátora tvorený tranzistorovým zosilňovačom napätia, ktorý zosilňuje prúd získaný z odporového deliča R_trim a R_t(viď obr.5). Tranzistor v tomto regulátore je T10 a kvôli jednoduchosti regulátora má mať dostatočne veľký kolektorový prúd (pretože v jeho kolektorovom obvode je zaradený iba ventilátor) a dostatočne veľký prúdový zosilňovací činiteľ (aspoň 250). Napájanie digitálnych meracích prístrojov je realizované integrovanými monolitickými stabilizátormi v ich základnom zapojení, regulátor otáčok ventilátora je napájaný stabilizovaným napätím 12 V. Keďže digitálne meracie prístroje majú odber cca 1mA jednotlivo, použil som stabilizátory napätia s maximálnym výstupným prúdom 100mA aj bez nutnosti ich chladenia. Použitý tranzistor regulátora otáčok ventilátora má dostatočné rezervy vo všetkých parametroch, teda jeho oteplenie prakticky zmerané je nulové. Žiadny prvok tejto časti zdroja nevyžaduje chladenie. Pomocný zdroj je doplnený zdroj pevnéha napätia 5 V pre ďaleie možné rozširujúce funkcie , toto napätie nieje vyvedené na predný panel.

Obr.6: Schéma zapojenia pomocného zdroja

3.5. Snímanie a meranie výstupných veličín

Na meranie výstupného napätia a prúdu som sa rozhodol použiť presné meracie prístroje pre panelové zariadenia . Tieto jednoduché merače sa predávajú pod označením

3-1/2 DPM PM 128. Je to 3 a pol miestny LCD meter , ktorý vyžaduje napájanie 9 V pri maximálnom odbere 1mA. Maximálne vstupné napätie je 199,9 mV , pretečenie indikuje zobrazením čísla „1“ , presnosť merania je závislá podľa nastavenia vstupných deličov, vlastné skreslenie je maximálne 0,5%. Tieto merače majú aj automatickú indikáciu polarity, pričom pri správnom pripojení nezobrazujú okrem čísel nič , pri opačnom pripojení meraného napätia zobrazia pre meranou hodnotou znamienko“-„ . V zdroji sú použité dva merače s oddeleným napájaním . Každý merač je ešte doplnený o prispôsobený delič napätia a prepínač dvoch rozsahov. Zvolil som si prepínanie rozsahov meraia aj prúdu aj napätia, no pre funkciu týchto prepínačov by sa skôr hodilo pomenovanie „citlivosť“ miesto pôvodného“rozsah“, pretože účelom prepínačov nieje rozdeliť rozsahy merania do dvoch rozsahov, ale posúvať desatinnú čiarku a tak zvačšovať alebo zmenšovať presnosť merania. Pri meraní napätia s presosťou na dve desatinné miesta je možné merať maximálne výstupné napätie do 19,99V , čo vyplýva z funkcie LCD merača. Oba meracie prístroje boli nastavené a ociachované meracím prístrojom s presnoťou merania +-0,5%.Nevýhodou rozsahu merania napätia s presnoťou na dve desatinné miesta je to, že ho nieje možné používať pre celý rozsah výstupných napätí.

3.6. Namerané hodnoty

Po zostavení a skonštruovaní zdroja som meral dosiahnuté parametre a vlastnosti. V zdroji je použitý hlavný tranformátor , ktorého príkon je 300W. Maximálny výstupný výkon zdroja je 180W. Účinnosť a linearita toroidných sieťových transformátorov spôsobuje , že odoberaný výkon je takmer zhodný s príkonom, teda účinnosť je blízka 100%.

Výstupné napätie je preladiteľné v jednom rozsahu od hodnoty +47mV až po + 30 V , výstupný prúd je preladiteľný takisto v jednom rozsahu od 0 A až po 6 A , v skrate je to približne 6,2 A . Zvlnenie výstupného napätia pri výstupnom napätí 30V do odporovej záťaže pri výstupnom prúde 1,99 A je 26mV.

Na grafe zaťažovacej charakteristiky (obr.7)je možné sledovať zmenu výstupného napätia pri zvyšovaní výstupného prúdu. Fialová krivka naznačuje pokles napätia, modrá krivka nárast prúdu.Na vodorovnej osi sú čísla jednotlivých meraní.

Obr.7: Graf zaťažovacej charakteristiky zdroja

Na ďalšom grafe je možné sledovať činnosť prúdovej ochrany. Meranie bolo realizované na paralelnom zapojení dvoch rezistorov o hodnote 47 Ohm a 22 Ohm , oba na veľké zaťaženie. Prúdová ochrana bola nastavená so záťažou na 1 A , napätie bolo postupne zvyšované až po hodnotu, kedy nastalo obmedzenie .Pri ďalšom zvyšovaní napätia zdroj nereagoval, hodnota prúdu „sa držala“ na nastavenej hodnote, napätie nedosahovalo vyššiu hodnotu. Preto som po dosiahnutí obmedzenia záťaž nahradil skratom, aby som zmeral zmenu výstupného prúdu od nastavenej maximálnej hodnoty v odporovej záťaži a hodnoty prúdu pri skratovaní výstupných svoriek . Pri skrate výstupné napätie kleslo na hodnotu 0,068V

Obr.8: Graf činnosti prúdovej poistky

4. Technická realizácia

4.1. Postup výroby plošných spojov

Plošné spoje pre zdroj som navrhol na základe schematickej predlohy v CAD programe pre návrh plošných spojov Eagle 4.09 , ktorý je voľne šíriteľný na internete. Po nakreslení plošných spojov som vytlačil zrkadlový obraz obrazca plošných spojov na laserovej tlačiarni na papier, ktorý sa používa pre tlačenie fotografii na tlačiarňach. Po vytlačení obrazca som priložil tento papier na dôkladne očitenú , odmastenú medenú plochu dosky plošného spoja a pomocou žehličky na šaty som prižehlil vrstvu papiera na medenú fóliu. Papier zostal po prižehlení nalepený na doske plošných spojov. Po vychladnutí papiera som namočil dosku plošných spojov aj s prilepeným papierom do vody, aby sa papier rozpustil. Po rozpustení papiera som odstránil vyšky papiera , na doske plošných spojov zostala napálená vrstva farby spolu so zvyškami papiera, ktorý nebolo možné pod vodou odstrániť. Tieto vrstvy papiera boli prilepené k vrstvám, na kotrých bola napálená farba, teda pred leptanímm ich nebolo nutné odstrániť. Leptal som v 40% roztoku chloridu železitého FeCl₃ pri teplote asi 50 stupňov Celzia. Leptanie oboch dosiek plošných spojov trvalo asi 20 minút. Po vyleptaní som vyvrtal všetky potrebné otvory pre súčiastky a pripravil som dosku pre osádzanie.

Dosky plošných spojov som osadil za pomoci trafospájkovačky.Po osadení a vizuálnej kontroly, či nedošlo k neúmyselnému prepojeniu niektorých spojov som pocínoval silové časti plošných spojov, aby nedošlo k ich poškodeniu pri maximálnych prúdoch. Po osadení a kontrole som natrel plošné spoje konzervačným lakom, ktorý som vyrobil rozpustením kolofónie v liehu. Táto vrstva zamedzí oxidovaniu cínových plôšok po dlhšej dobe prevádzky.

4.2. Chladič výkonových prvkov

Pre chladič výkonových prvkov som sa rozhodol použiť chladič procesora výkonného počítača. Tento chladič je stavaný na chladenie veľmi sa ohrievajúceho procesora, takže pre moju aplikáciu plne vyhovel. Pasívnu časť chladiča tvorí husto rebrovaný chladič v tvare štvorca, na ktorý je pripevnený aktívny chladič – ventilátor.Chladič je pripevnený o zadnú stenu prístroja, pričom zvnútornej strany je pasívny aj aktívny chladič a z vonkajšej strany je pripevnená ochranná mriežka, ktorá zamedzí prístupu neželaných predmetov do priestoru vrtule chladiča. Smer toku vzduchu je dovnútra prístroja.

Keďže som ako usmerňovač použil výkonový mostík v kovovom púzdre, ktorého púzdro je galvanicky odizolované od polovodičových usmerňovacích diód, bolo možné priame pripojenie mostíka na chladič bez odizolovania. Použitie regulácie otáčok ventilátora chadiča je veľmi výhodné, pretože pri odbere malého výkonu nie je potrebné výkonové prvky chladiť a zníži sa tým hlučnosť prevádzky. Pri odbere väčších prúdov ide ventilátor na maximálne otáčky, teda chladí maximálne. Pri dlhšej prevádzke pri maximálnom výstupnom výkone je udržovaná teplota chladiča tak, že je možné chladič udržať v ruke.

4.3. Mechanická stavba

Celé zariadenie som sa rozhodol vstavať do plastovej prístrojovej skrinky voľne dostupnej v predaji. Nadmerného oteplenia alebo prípadného roztopenia skrinky som sa neobával, pretože celé zapojenie som mal vyskúšané a prakticky overené, že teplota nedosahuje kritických hodnôt pre topenie plastov.Oba transformátory sú uchytené o dno skrinky pomocou skrutiek. Dosky plošných spojov sú prichytené vzájomne. Spodná –väčšia,hlavná- doska plošných spojov je prichytená štyrmi dištačnými stĺpikmi o dno skrinky.Druhá doska plošných spojov je prichytená nad hlavnou časťou, v osi distančných stĺpikov pokračujú ďalšie štyri pre prichytenie druhej dosky plošných spojov. Pre prichytenie potenciometrov som si vytvoril z materálu Al hrúbky 2 mm profil L , do ktorého som navrtal 4 diery , 2 diery pre prichytenie potenciometrov a 2 diery pre prichytenie o dno pomocou skrutiek. Uzemnenie celej skrinky nieje nutné, nakoľko výstupné napätie je voči zemi bezpečné. Napriek tomu som pre prívodný vodič použil trojkolíkovú zdierku, pretože podobné vodiče sú dnes veľmi rozšírené, ich funkčnosť, spolahlivosť a estetický vzhľad sú na dobrej úrovni. Zelenožltý uzemňovací prívod som pripojil na kostru pomocného transformátora a na svorku na zadnom panely označenú ako ochranné uzemnenie, pre prípad využitia uzemnenia alebo nutnosti uzemniť zdroj so sústavou, s ktorou sa bude používať.

Ďalšou významnou kapitolou v mechanickej stavbe bola výroba predného panela. Rozhodol som sa dať si zhotoviť nápisy na predný panel na špecializovanom pracovisku, kde zhotovujú nápisy a potlače podla zadanej predlohy na akýkoľvek materál. Nápisy na prednej strane sú bielej farby a ľahko informujú používateľa zariadenia, ktorý ovládací alebo signalizačný prvok na čo slúži. Pre podporu lepšieho odvádzania vzduchu sú na skrinke vyvrtané diery v tvare obdĺžnika, ktoré sa nachádzajú na vrchnej aj spodnej časti skrinky. Pre montáž ventilátora chladiča som vyvrtal kruhový otvor o priemere cca 8 cm na zadný panel. Umiestnenie zdroja do plastovej skrinky z hľadiska možného ovplyvnenia rušením, alebo elektromagnetickým žiarením bolo prakticky zisťované používaním zdroja v blízkosti napríklad mikrovlnnej rúry, no nijaké zmeny v charakteristikách zdroja neboli zaznamenané.

5. Návod na obsluhu

Návod na obsluhu a používanie zdroja je obecne platný pre každý zdroj a tak isto aj pre tento . Pred zapnutím zroja je vhodné odpojiť zátaž a nastaviť napätie na minimálnu hodnotu, a obmedzenie prúdu na maximálnu hodnotu, no je vhodné túto hodnotu bez praktického overenia znížiť.Prakticky to znamená vrátiť polohu bežca potenciometra obmedzenia prúdu o cca 20 stupňov v smere do ľava. Ak je zdroj pripojený k sieti, môžeme zapnúť sieťový spínač umiestnený na prednom panely zdroja nachádzajúci sa na ľavej strane označený číslami „0“ a „1“. Po zapnutí je zapnutie indikované svietiacou diódou zelenej farby umiestnenej nad týmto spínačom. Digitálne merače ukazujú hodnoty 0,00 alebo 0,0 podla nastavenia rozsahov. Potom potenciometrom označeným „U“ nastavíme požadované výstupné napätie , ktoré kontrolujeme na digitálnom merači označenom „Napätie“. Môžeme pripojiť záťaž. Výstupný prúd v prípade potreby nastavíme potenciometrom „I“ a hodnotu prúdu sledujeme na merači označenom „Prúd“. Pri nastavovaní svieti dióda „Obmedzenie prúdu“, ktorá po poklese prúdu alebo pri zvýšení hodnoty obmedzovacieho prúdu zhasne. Po dosiahnutí obmedzovacieho prúdu sa dióda rozsvieti.Táto dióda svieti načerveno. V prípade poruchy sú do prístroja vstavaé tri tavné poistky. Prvá poistka (nachádzajúca sa na zadnom panely celkom napravo pri sieťovej zásuvke), istí primárne obvody transformátorov , druhá poistka istiaca sekundár Tr1 sa nachádzajúca v strede medzi krajnými poistkami a istí pred nárazmi pri nabíjaní filtračných kondenzátorov hlavnej časti zdroja. A tretia poistka istí výstup zdroja a teda istí aj elektronickú prúdovú ochranu, ale len v prípade maximálnych výstupných prúdov.Pri ohriatí chladiča sa roztočí ventilátor chladenia, čo je ľahko počuteľné , pretože prúd vzduchu prechádzajúci rebrami chladiča vydáva pískavý zvuk.

6. Záver

Skonštruovaný zdroj splnil moje požiadavky na konštrukciu jednoduchého ale spoľahlivého stabilizovaného zdroja napätia. Presnosť merania a stabilita napätia je postačujúca pre radu aplikácii. Nevýhodou tohto zdroja je jeho horšie použitie v aplikáciách, kde sa vyžaduje symetrické napájanie. Tento zdroj je možné jednoducho doplniť o odporový delič doplnený o kondenzátor a blokovacie diódy, takže je možné zo zdroja odoberať aj symetrické napätie o maximálnej hodnote ±15 V. Cena kompletných súčiastok na stavbu popisovaného zdroja je približne 2000 Slovenských korún. Popisovaným zdrojom som chcel poukázať aj na to, ako sa dá za menší obnos peňazí skonštruovať kvalitný stabilizovaný zdroj vhodný aj pre profesionálne aplikácie. Nevýhodou popisovaného zdroja je , že nieje rezerva npätia (aspoň 5 V) medzi výstupným napätím filtra napätia a maximálneho výstupného napätia, čo sa prejavilo v mäkkosti zdroja pri vyšších prúdoch.Popisovaný zdroj je vhodné doplniť pri ďalších úpravách o A/D prevodník a tak možnosť snímať výstupné napätie alebo prúd do záťaže a následne ho vyhodnocovať alebo zakresľovať priebehy do grafov pomocou počítača PC.

8. Prílohy:

Príloha č.1

Postup navíjania sieťového transformátora

Pre navíjanie sieťových transformátorov je potrebníé najskôr si teoreticky vypočítať počty závitov pre jednotlivé vinutia. Ja som sa rozhodol si pomocný sieťový transformátor zhotoviť si sám. Mal som kostričku tranformátora aj s trafoplechmi, no bez vinutí. Prvým parametrom, kotrý je dôležitý pri navíjaní transformátora je Obsah prierezu jadra. V mojom prípade bol otvor rozmerom 1,8 x 1,8 cm, čo je teda 3,24 cm² . Pre výpočet počtu závitov jednotlivých vinutí je potrebné vydeliť konštabntu 45 obsahom jadra konkrétneho transformátora a násobiť výsledok potrebným počtom závitov. Pre primárne vinutie 230V je to teda 3194 závitov. K tomuto čislu sa pridáva + 10% pre kompenzáciu strát a výkyvov v sieti, teda výsledná hodnota primárneho vinutia je 3513 závitov. Tieto straty sa kompenzujú aj na sekundárnej strane. Pre sekundárne napätia 8;12 a 16 V bude treba navinúť (po pripočítaní strát) 122 závitov pre 8 V, 183 závitov pre 12 V a 245 závitov pre 16 V. priemer drôtu pre jednotlivé vinutia sa vypočíta podľa požadovaného zaťaženia. Maximálny výkon, ktorý je schopný transformátor prenášať je druhá mocnina prierezu jadra , teda cca 10 VA. Pre daný rozmer sieťového transformátora je prúdová hustota 2,5 Am^-2 . Požiadavka pre odber prúdu na vinutí 8 V je 20 mA, čo odpovedá priemeru drôtu 0,1mm , pre vinutie 12 V je požiadavka 1 mA, čo dopovedá priemru drôtu 0,02 mm a pre vinutie 16 V je požiadavka na 200 mA, čo odpovedá priemeru drôtu 0,28 mm. V prípade použitia drôtu o priemere 0,28mm som nahradil drôt hrubším , teda 0,3mm, nakoľko drôt uvedeného priemeru sa nevyrába.Po prepočítaní všetkých potrebných parametrov som transformátor navinul ručne, medzi primárnym a jednotlivými sekundárnymi cievkami som použil izolačné preklady. Po navinutí transfornátora som transformátor premeral Megaohmmemtrom, premeral napätia po pripojení na oddelovací transformátor a zmeral som aj odber naprázdno. Celkový výkon transformátora bude teda 3,312 VA, čo spĺňa maximálny povolený transformovaný výkon cez transformátor. Transformátor sa v uvedenom zapojení nebude zahrievať, prakticky odksúšané poznatky – transformátor sa nezhariehal ani po niekolkých hodinách prevádzky.

Príloha č.2:

Celková elektrická schéma

Obr.9: Celková schéma zapojenia zdroja

Príloha č.3:

Zoznam použitých súčiastok

Rezistory : Kondenzátory :

R1 – 2k2 C1 – 4700 uF / 50 V

R2 – 3k3 C2 – 100nF

R3 – 10k C3 – 4700nF / 50 V

R4 – 100k C4 – 100nF

R5 – Trimer 250 k C5 – 10uF / 50V

R6 – 10k C6 – 10uF /50 V

R7 – 8k2 C7 – 2n2

R8 – Trimer 25 k C8 – 10uF / 150 V

R9 – 0R1 / 10W C9 – 1000uF / 25 V

R10- 2k2 C10 – 100nF

R11- 3k3 C11- 100nF

R12- 4k7 C12- 100nF

R13- 1k C13- 100nF

P1 – 10k/lin C14- 100nF

P2 –100k/lin C15- 1000uF /25 V

P5 – trimer 100 Ω C16- 100nF

Termistor 4k7 C17- 100nF

C18- 2200uF / 25 V

C19- 100nF

C20- 100nF

Diódy : Tranzistory:

M1 – usmerňovací mostík 250V/15 A T1 –BC 557 C

D1 – BZX85C10V T2 –BC 557 C

D2 – BZX85C2V7 T3 – KC 237

D3 – 1N4148 T4 – KC 237

D4 – 1N4148 T5 –BD 140

D5 – 1N4148 T6 –KD 503

D6 – 1N5408 T7 –KC 308

D7-D19 – KY 130 / 150 T8 –BC 546 C

T9 – BC 557 C

T10- BD 437

Integrované obvody : Transformátory:

IO 1 – LM 7812 Tr1 – toroidný 230/29 V – 300 VA

IO 2 – LM 7809 Tr2 – EI 230/8;12;16 – 10 VA

IO 3 – LM 7809

IO 4 – LM 7805

Poistky :

Po1 – 2 A

Po2 – 12 A

Po3 – 8 A

Ostatné súčiastky :

Tlmivka TL - 30 závitov

Digitálne meracie prístroje

Sieťový spínač

LED diódy – červená , zelená + rezistor 820 Ω

Prístrojové zdierky

Knoflíky na potenciometre

Chladič počítačového procesora

Distančné stĺpiky

Dosky plošných spojov

Prepojovacie vodiče Φ 1mm² ; Φ2,5mm²

Príloha č.5

Obrazce dosiek plošných spojov - osadenie

Obr.10: Doska regulátora (RG) - osadenie

Obr.11: Doska pomocného zdroja (PZ) – osadenie

9.Použitá literatúra

Ing.Myslík A – Radiový konstruktér-Spínané obvody

v praxi:Praha ,MAGNET , 1973

http://belza.cz/pwrsply/ps5v.htm