Создайте двойной источник питания 15 В с использованием готовых модулей менее чем за 50 долларов: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Вступление:

Если вы любитель аудио, вы знакомы с источниками питания с двумя шинами. Для большинства аудиоплат с низким энергопотреблением, таких как предусилители, требуется от +/- 5 В до +/- 15 В. Наличие источника питания с двойным напряжением значительно упрощает создание прототипов или просто общий ремонт.

Этот блок питания легко собрать, так как он обычно использует готовые модульные платы, за исключением платы регулятора, которую вам придется собрать самостоятельно. Однако есть причина, к которой я вернусь позже.

Используемая плата регулятора может иметь напряжение от +/- 1,25 В до 37 В (в зависимости от входного напряжения). Мне нужно только +/- 15 В, так что входной источник питания на пару вольт выше (около 19 В) вполне подойдет. Стабилизаторы напряжения LM317 и LM337 также могут выдавать около 1,5 А (в зависимости от того, сколько напряжения они падают), поэтому номинальный ток входного источника питания также должен быть выше этого. Вот почему я выбрал два блока питания ноутбука для подачи входного напряжения. Они выдают 19 В и около 3,4 А, чего более чем достаточно для питания платы регулятора. Не говоря уже о том, что они дешевы, как чипсы.

Я также хотел линейный источник питания, поскольку у них обычно меньше пульсаций постоянного тока на выходе (хотя и не так эффективно, как у полностью импульсных источников питания). Использование импульсного источника питания для понижения 240 В переменного тока до 19 В дешево и эффективно. Их переключение также обычно находится выше звукового диапазона, поэтому не влияет на шум источника питания, идущий в ваши тестовые образцы. Линейные регуляторы отфильтровывают большую часть остаточных пульсаций постоянного тока. Итак, вы в значительной степени получаете лучшее из обоих миров.

Используемые измерители могут измерять напряжение и ток (0-100 В и 0-10 А), двухцветные для удобства чтения.

С помощью нескольких модификаций вы можете превратить кучу деталей в очень полезный настольный источник питания.

Примечание. Единственное, чего нет в этом источнике питания, - это регулятора постоянного тока. Сами регуляторы LM317 / 337 имеют некоторую защиту от перегрузки по току, однако я бы не стал использовать их в таком режиме слишком долго. Вот почему в этом проекте был размещен выключатель нагрузки. Так что, если это важно, вы можете использовать другую плату регулятора в соответствии с вашими потребностями.

Шаг 1. Предупреждение и общие примечания

Электропроводка 240 В и блоки питания для ноутбуков:

Поскольку в этом проекте используются высокие напряжения (240 В), они могут быть смертельными, если вы ошибетесь. Если вы не знаете, как подключать высоковольтные компоненты, или вам неудобно работать с оборудованием под напряжением, я бы посоветовал не пытаться это сделать. Я не несу ответственности, если вы убьете себя. Я не хочу получать известие от вас после того, как вы сказали, Пит, я ударил себя током, и теперь я мертв - ОК ??

С учетом сказанного у вас есть несколько других вариантов:

1. Просто используйте блоки питания ноутбука в том виде, в котором они поставляются, и используйте несколько разъемов питания постоянного тока на задней стороне коробки. Это просто означает, что вам нужно подключить два блока питания ноутбука - но это гораздо более безопасный вариант. Однако вам нужно будет найти другое решение для питания светодиодных индикаторов, поскольку они также требуют отдельных источников питания.

2. Вы можете установить блоки питания ноутбука в корпус, просто отрезав вилки 240 В и подключив их напрямую к розетке IEC на задней панели. Однако вам понадобится чемодан побольше, чем тот, который я использовал, и, опять же, у него есть живые соединения, так что все еще не так безопасно …

Светодиодные панели счетчиков + напряжения питания:

На рынке представлено несколько типов светодиодных индикаторов. По сути, все они делают одно и то же, однако их связи не всегда одинаковы. Выход за допустимый размер провода не всегда гарантируется. При заказе постарайтесь получить их схему подключения. Обычно два толстых провода служат измерителем тока шунта. Остальные три - это измеритель мощности (для питания красного / черного дисплея) и желтый провод датчика напряжения для измерения напряжения.

Что вы заметите в счетчиках, так это то, что они имеют общую точку заземления или точку 0 В (черные провода соединены между собой внутри). Для этого конкретного проекта это не годится. Вот почему счетчики питаются отдельно от двух небольших плат питания (плата модуля от 240 В переменного тока до 12 В постоянного тока). Вы также должны использовать две платы для питания, иначе вы закоротите выходы при использовании источника питания. Еще одна важная причина заключается в том, что для работы светодиодных индикаторов требуется минимум 4,5 В. Поэтому, если вы снизите выходное напряжение до 1,25 В с платы регулятора, счетчики не включатся.

Шаг 2: Спецификация материалов

Это то, что вам понадобится. Вы можете купить все это на Ebay, Amazon или Aliexpress. Я купил все это на Ebay

- Пластиковый футляр (я использовал пластиковый футляр для инструментов) - 12-15 $

- 1x плата регулятора LM317 / 337 - 10 долларов США

- 2 блока питания для ноутбуков 19 В, 3,42 А - 6,75 долл. США за шт.

- 2 платы импульсного понижающего трансформатора с 240VAC на 12VDC 450mA - 1,50 доллара США за шт.

- 2 панельных измерителя напряжения / тока 0-100 В / 0-10 А - 3,50 доллара США за шт. (Дешевле оптом и доступны в разных цветах)

- 2 многооборотных потенциометра на 10 кОм + подходящие ручки - 2 доллара США за штуку (вы можете использовать прилагаемые горшки, но многооборотные их проще установить)

- Разное и общее оборудование: переключатель 240 В переменного тока (я использовал один со светодиодной лампой на 12 В постоянного тока), клеммные колодки (6), розетка IEC, предохранители и держатели предохранителей (3), небольшой отрез алюминиевого уголка (2), стойки (6), общая длина провода и термоусадки - вероятно, еще 5-10 долларов

Примечание 1. Выбор предохранителей будет зависеть от того, какой ток вы собираетесь использовать. Я бы предложил 1-1,5 А для двух плат регуляторов и 0,5 А для источника питания 240 В. Вы можете опуститься ниже, так как вы не будете получать 7A из обоих источников.

Примечание 2: самая дорогая часть сборки - это корпус. Так что, если вы найдете более дешевый или хотите кататься самостоятельно, это сэкономит вам несколько долларов.

Примечание 3: доступно несколько марок многооборотных или прецизионных горшков. Одна из присланных - это горшок с брендом Bochen, в котором имеются специальные ручки и не используются стандартные ручки с грубой накаткой. Неважно, какой тип вы используете, важно только то, что вы можете подобрать нужные ручки.

Примечание 4: я купил эти блоки питания для ноутбуков, так как они стоили всего около 6 долларов США. Сэкономьте еще несколько долларов, если у вас есть несколько старых.

Шаг 3: Схемы и электрические схемы

Первое изображение - это оригинальная схема стандартной платы регулятора, с входными крышками и выпрямителем в комплекте, с использованием трансформатора переменного тока 12В-0В-12В для питания платы (для этого источника питания мы не используем)

Второе изображение - это схема подключения всех отдельных плат, которые необходимо соединить вместе.

Третье и четвертое изображения - это стандартные электрические схемы панельных счетчиков (которые я использовал), показывающие различные конфигурации для питания и измерения. По сути, в этом проекте мы используем четвертую диаграмму.

Шаг 4: Блок питания для ноутбука

Почему блоки питания для ноутбуков 19 В?

Причина этого в том, что плата регулятора изначально была разработана для работы от двойного трансформатора переменного тока 12 В (12 В - 0–12 В). Однако, если вы посмотрите на стоимость одного из них на ebay или в местном магазине электроники, она составит около 30 австралийских долларов. Два комплекта поставки ноутбука стоят вдвое дешевле.

Если вы хотите получить от регуляторов более высокое напряжение, просто используйте более мощный источник питания. Помните, что платы регуляторов выдают +/- 37 В, поэтому входное напряжение может быть на несколько вольт выше. Но помните, что чем выше перепад напряжения (от входа к выходу), тем больше тепла производят регуляторы. Например: если входное напряжение составляет 35 В, а выходное - 5 В, будет выделяться много тепла, и вам могут потребоваться радиаторы большего размера и / или вентилятор.

Подготовка расходных материалов для ноутбука

Для своей сборки я достал расходные материалы из их ящиков, так как мне нужно было, чтобы они поместились в ящике для инструментов. Если вы просто собираетесь использовать расходные материалы для ноутбука как есть и использовать разъемы постоянного тока, вы можете пропустить этот шаг.

Что вам нужно сделать, так это взломать пластиковый корпус. Используйте плоскую отвертку и осторожно подденьте край, пока не откроется верх. Затем снимите монтажную плату.

На 2-м фото я просверлил кусок углового алюминия и просверлил несколько отверстий в боковой части блока питания (я полагаю, что использовал существующие отверстия в блоке питания). Будьте осторожны, чтобы при этом не повредить какие-либо компоненты. Я также просверлил несколько дополнительных отверстий, чтобы прикрутить к нему монтажные стойки и прикрепить сборку к нижней части пластикового корпуса. Использование угла сделало его немного более прочным, чем использование монтажных столбов.

Провода, выходящие из платы, выглядели немного светлее, поэтому я заменил их на провод более толстого калибра. Отпаяйте старые провода, вставьте новые провода через верх платы и припаяйте их на месте снизу платы (в ретроспективе я должен был использовать более легкий калибр, но большую длину, так как было трудно соединить такое количество проводов. к тем же точкам).

В блоках питания ноутбука также есть индикатор питания. Они не нужны, однако вы можете оставить их, если хотите подтвердить, что каждый запас работает эффективно (они вымрут, если возникнут проблемы с поставкой или взятой суммой). Я оставил их для облегчения поиска неисправностей.

Примечание. Следует использовать блок питания для ноутбука того же типа. Причина в том, что если напряжение немного упадет, они могут влить ток в себя и убежать, а затем взорваться. Как правило, использование тех же расходных материалов не должно быть проблемой. Однако, если вы беспокоитесь или хотите получить дополнительную защиту, вы можете разместить пару силовых диодов (например, IN4004 или IN5404) с обратным смещением на выходах каждого источника (так, чтобы катод был положительным, а анод - отрицательным). Это не позволит каждому источнику питания потреблять ток из-за небольшого отклонения напряжения или если один источник питания включается раньше другого.

Шаг 5: Сборка регулятора LM317 / 337 и начальное испытание

Плата регулятора поставляется в виде набора, то есть вы должны припаять ее самостоятельно. Есть несколько поставщиков, которые продают их в собранном виде за несколько дополнительных долларов. Иногда удаление компонентов с этих типов плат может случайно оторвать гусеницы. В любом случае вам нужно будет удалить некоторые компоненты, поэтому их так же легко построить без них.

На первом изображении показана готовая плата (именно так она должна выглядеть, если вы сделали ее стоковой). Однако на второй фотографии показаны модификации со снятыми входными крышками и выпрямителем. Вместо этого я добавил ссылки, чтобы изменить входную клеммную колодку, чтобы она принимала +/- 19 В и направляла его на вход регуляторов. Вы можете оставить заглушки на входе, если хотите, но они не нужны, так как комплектующие для ноутбука довольно хороши.

Вы также заметите, что я вставил клеммы для светодиодного индикатора питания, а также горшки, чтобы упростить удаление плат в случае необходимости.

Так что просто соберите плату, как указано в их инструкции, за исключением описанных выше модификаций.

После завершения подключите его к работающему источнику питания и проверьте выход каждой ступени регулятора. Помните, что если для тестирования используется один входной источник питания, +/- вход (на клеммах + / 0V) + / 0V на плате регулятора. +/- вход (на клеммах 0В / -), 0В / - вне платы регулятора. Убедитесь, что вы можете отрегулировать выходное напряжение (последнее изображение показывает внешний тестовый источник питания).

Шаг 6: Подготовка кейса

Измерьте, как вы хотите, чтобы ваши компоненты располагались на задней стороне передней и задней панелей. Помните, он будет задом наперед (я сам совершил ту ошибку). Собственно, хотелось зеркальное отображение на передней панели. Но, к счастью, я еще не сделал заднюю панель, поэтому я просто подогнал ее к передней (или, возможно, я просто повернул ее на 180 градусов).

Сначала просверлите отверстия маленькими сверлами. Затем увеличьте диаметр сверлом побольше. Если у вас нет достаточно больших сверл (как у меня), вы можете использовать развертку для увеличения отверстий (очень удобный инструмент).

После того, как все отверстия будут просверлены, выдвиньте вырезы для панелей счетчика и подпилите ровно настолько, чтобы счетчик и розетка IEC соответствовали друг другу.

Я также добавил несколько этикеток на лицевую сторону (используя листы с буквами). Вы можете получить их в Интернете или распечатать свои собственные на прозрачной бумаге для принтера. Затем я просто нанесла поверх защитный лак.

Шаг 7: Установка оборудования

Как только передняя и задняя панели успеют высохнуть, установите все оборудование на переднюю и заднюю панели.

Два блока питания ноутбука можно установить в нижней части корпуса. Не забудьте оставить место для розетки IEC, предохранителя и проводов, идущих к переключателю на передней панели. В качестве альтернативы вы можете установить переключатель сзади, если хотите.

Установите плату регулятора.

И последнее, но не менее важное: блоки питания 240 В / 12 В для измерительных панелей не имеют места для крепления на винтах, поэтому я использовал кусок силикона, чтобы удерживать их на месте. Просто убедитесь, что вы сначала добавили входные и выходные провода!

Шаг 8: Подключите все

Начните с подключения проводки 240 В от вилки IEC к переключателю, а также держателя входного предохранителя. Затем подключите всю проводку 240 В к двум источникам питания ноутбука и двум источникам питания платы счетчика. Вставьте предохранитель, и на этом этапе, вероятно, будет хорошей идеей проверить вашу проводку и питание, просто чтобы убедиться, что все напряжения, выходящие из источников питания ноутбука, правильные (должно быть 19 В каждое).

Подключите горшки и светодиод к элементам управления на передней панели от платы регулятора. Я использовал 2-контактные гнезда и штыри, чтобы упростить разборку платы регулятора.

Теперь подключите выходы питания ноутбука и подключите к входу платы регулятора. Вы также можете подключить питание к счетчикам. Помните, что плюс одного источника питания переходит в минус другого, создавая виртуальную точку нулевого напряжения. Снова включите питание и убедитесь, что напряжения соответствуют ожидаемым - у вас должно быть 38 В между входными напряжениями, +/- 19 В между 0 В на входах и некоторое номинальное напряжение на выходе платы регулятора (в зависимости от того, где установлен потенциометр)..

Подключите выход платы регулятора к выходным предохранителям и выключателю нагрузки. Подключите линии тока измерителя (согласно схеме подключения), а затем линии измерения напряжения от измерителя. Вставьте несколько предохранителей и снова проверьте, показывают ли счетчики напряжение. Скрестив пальцы, вы не дали вырваться волшебному дыму!

Примечание. Счетчики, вероятно, сложнее всего запустить. Просто помните, что текущая часть счетчиков изменяется от положительного к отрицательному. То же самое произойдет и с отрицательным напряжением - оно течет от 0 В до отрицательного напряжения!

Шаг 9: Регулировка тестирования и калибровки

Убедившись, что дым не выходит, подключите надежный измеритель и проверьте выходное напряжение как на положительном, так и на отрицательном выходах. Скорее всего, вы обнаружите, что светодиодные индикаторы немного не горят (как на фотографиях 2 + 4). Поскольку эти измерители могут немного отличаться на обоих концах спектра, откалибруйте их по напряжению, которое вы обычно собираетесь использовать чаще всего, или в середине диапазона напряжений. Например, если вы часто используете 12 В, откалибруйте их на 12 В. Если вы регулярно переключаетесь между 5В и 15В, откалибруйте на 10В.

Если у вас есть два мультиметра, вы можете одновременно регулировать напряжение и ток. В противном случае подключите номинальную нагрузку к выходу, отрегулируйте напряжение, затем отключите измеритель, подключите его последовательно к источнику питания и поменяйте местами провода мультиметра (если ваш измеритель имеет отдельные клеммы для измерения напряжения и тока), чтобы измерить ток.

На задней панели светодиодных индикаторов будут две небольшие регулировочные потенциометры для регулировки напряжения (v-adj) и тока (i-adj) (см. Первое фото). Как правило, при калибровке рекомендуется нагружать выход резистором, так как выходное напряжение может немного изменяться при нагрузке.

Поэтому регулируйте v-adj до тех пор, пока напряжение не станет таким же, как на измерителе. Триммеры немного чувствительны, и небольшой поворот может пройти там, где вы хотите. Просто упорствуй, пока это не станет правильным

Для регулировки тока я бы рекомендовал использовать большой резистор с теплоотводом для калибровки (фото 6). Просто убедитесь, что оно не ниже, чем может выдать запас. Каждая сторона платы регулятора может подавать 1,5 А. Калибровки на уровне около 1А должно быть достаточно.

Используя закон Ома, V = IxR - так (V / I = R) 15V / 1A = 15ohms. Резисторы на 15 Ом немного сложно найти, поэтому 2 резистора по 8 Ом, соединенные последовательно, дадут 16 Ом. Измерьте резисторы - два, которые у меня есть, имеют сопротивление 8,3 и 8,1 Ом = всего 16,4 Ом.

Итак, снова подключите числа (V / R = I) 15V / 16.4ohms = 0.914634A - это число, на которое мы будем откалибровать. Вы должны обнаружить, что глюкометр должен отображать это, а также двойную проверку вашего глюкометра.

Вам также нужно будет рассчитать мощность, подаваемую на резисторы, поскольку вы не хотите, чтобы они поджаривались! Итак, снова закон Ома P = VxI - 15Vx0.91463 = 13.72W. Убедитесь, что каждый из ваших резисторов больше этого значения - 25 Вт - это хорошо. Я использовал пару золотых по 100 Вт (см. Фото 6). Вы можете получить их на ebay примерно за 8 долларов на двоих.

Чтобы измерить ток без источника питания, вам нужно подключить измеритель последовательно к источнику питания и нагрузочным резисторам. Не имеет значения, является ли измеритель первым или резисторы, просто убедитесь, что ток, протекающий через измеритель, является положительным или отрицательным (поэтому положительные клеммы и 0 В - положительные / отрицательные на клеммах тока мультиметра). Отрицательная сторона источника питания должна быть измерена от 0 В до отрицательной, причем положительная сторона счетчика должна идти к 0 В, а отрицательная сторона счетчика - к отрицательной стороне источника питания. Если это вас только смутило - посмотрите на последнее фото.

После подключения вы должны увидеть напряжение и ток на измерителе на передней панели. Отрегулируйте текущий горшок на задней панели измерителя панели до тех пор, пока он не будет показывать то же, что и ваш мультиметр. Если у вас два счетчика, имейте один для измерения тока (последовательно) и один для измерения напряжения (параллельно).

Теперь ты в порядке.

Шаг 10: Заключительные мысли

Хотя все умещается в корпусе, я мог бы немного поиграть с внутренней компоновкой и, возможно, переместить разъем IEC, чтобы два блока питания ноутбука располагались под углом 90 градусов к тому месту, где они находятся сейчас. Макет тоже должен был быть зеркальным, так как я вообще люблю, чтобы все шло слева направо. Я включил набросок того, что потенциально должен был сделать.

Я использовал проводку 7,5 А 240 В переменного тока от сетевого шнура (потому что это то, что у меня лежало). Поскольку это такое ограниченное пространство, мне, вероятно, следовало использовать более легкий провод 240 В, поскольку проект не потребляет много тока.

Я также не заметил, что один из винтов корпуса прошел прямо там, где был переключатель 240 В. Оглядываясь назад, я должен был немного переместить переключатель и, вероятно, также должен был установить держатель предохранителя 240 В на передней панели, чтобы избежать ненужной проводки. Немного перетасовывая, я, вероятно, мог бы разместить держатели выходных предохранителей и на передней панели, но на передней панели уже было довольно много людей.

В конце концов, он обеспечивает необходимое мне +/- 15 В, легко настраивается, надежен и использует легкодоступные детали.

Будущие проекты

У меня также есть еще один двойной блок питания 0-30 В / 3 А, хотя он может оказаться двумя отдельными блоками питания (опять же, в зависимости от расстояния). У этого есть функции постоянного тока. Я купил эти доски в то же время, что и не мог решить, какую из них хочу, поэтому я получил обе!

Также будет материнская плата всех источников питания - двойной источник питания низкого / высокого напряжения с двумя платами регуляторов с каждой стороны (4). Он переключится с низкого диапазона 0-30 В на высокий диапазон 30-90 В и 5 А! Он будет использоваться для тестирования плат двойного усилителя мощности напряжения. Опять же, это может закончиться как два отдельных источника питания в зависимости от расстояния.