Napájecí regulovatelný zdroj nesmí chybět v dílně každého elektronika a následující konstrukce umožňuje levnou a jednoduchou stavbu i začínajícím elektronikům. Článek popisuje konstrukci jednoduchého regulovatelného zdroje s citlivou proudovou pojistkou, aktivním chlazením a vyřešenou mechanickou konstrukcí. Regulovatelný zdroj napětí je nejčastějším pomocníkem každého elektronika.

Upozornění:  trimr R29 pro nastavení přesně 0V na výstupu má být zapojen mezi vývody 1 a 5 IO3 a ne mezi 1 a 8.

Jedná se o mírně upravené zapojení – regulovatelný zdroj pochází ze serveru electronics-lab.com. Zapojení jsem poupravil, doplnil o měřicí přístroje, aktivní chlazení s teplotním spínačem a vtěsnal do krabičky. Vznikl tak poměrně kompaktní regulovatelný zdroj pro použití v domácí laboratoři. Zařízení je sestaveno na dvou deskách plošných spojů. Jedná se o vlastní desku zdroje a desku teplotního spínače ventilátoru se zdrojem napětí pro panelová měřidla. Zapojení na jednotlivých deskách budou pro přehlednost popsána odděleně.

Popis zapojení – regulovatelný zdroj – deska zdroje

Napětí ze síťového transformátoru je usměrněno diodami D1 – D4 v můstkovém zapojení a filtrováno kondenzátorem C1 (případně C10, C11 – osazovací varianta, viz níže) a rezistorem R1. Obvod má určité vlastnosti díky kterým se liší od podobných zařízení svého druhu. Nepoužívá ke kontrole výstupního napětí uspořádání proměnné zpětné vazby, ale konstantní zesilovač, který zajištuje referenční napětí pro stabilní výstupní napětí. Výstup referenčního napětí je na výstupu IO1.

Zenerova dioda D8 (5,6 V) zajišĹĄuje teplotní stabilizaci, napětí na výstupu IO1 se postupně zvyšuje, dokud dioda D8 nesepne. Poté se obvod stabilizuje a referenční napětí zenerovy diody (5,6V) se objeví na odporu R5. Proud, který prochází přes neinvertující vstup operačního zesilovače je zanedbatelný, stejný proud prochází přes odpory R5 a R6. Napětí na výstupu operačního zesilovače (pin 6 na IO1) je 11,2V (2 x
5,6V). IO2 má nastaveno konstantní zesílení cca 3 (A = (R11 + R12)/R11), zvyšuje tedy referenční napětí z IO1 (11,2V) na cca 33V. Trimr R29 a rezistor R10 upravují limity výstupního napětí, které tak může být redukováno na 0V i vzhledem k tolerancím ostatních součástí.

Popis zapojení proudové pojistky

Další důležitou vlastností obvodu je možnost nastavit hodnotu maximálního proudu na výstupu, čímž lze ze zdroje napětí v podstatě udělat zdroj konstantního proudu. Aby toto bylo možné, obvod detekuje úbytky napětí na paralelní kombinaci odporů R7, R8, které jsou sériově spojeny se zátěží. Invertující vstup IO1 je nastaven rezistorem R21 na

0V, pomocí potenciometrů P3+P4 může být na neinvertujícím vstupu nastaveno libovolné napětí.

Předpokládejme, že pro výstupní napětí několika voltů je P3 + P4 nastaven tak, aby mělo napětí na vstupu integrovaného obvodu hodnotu 1V. Pokud se vlivem zátěže zvýší úbytek na paralelní kombinaci R7, R8
nad nastavený 1V, zareaguje proudová pojistka a přes D9 se omezí výstupní napětí zdroje prostřednictvím IO3 (IO3 slouží ke kontrole napětí a IO1 je spojen s jeho vstupem, čímž může později efektivně potlačit jeho funkci. Napětí na odporu R7 je monitorováno a jeho velikost se nemůže zvyšovat nad stanovenou hodnotu – v našem případě
nad 1 V). Toto je princip udržování konstantního proudu na výstupu.

Minimální mez proudové pojistky tohoto zdroje je 2mA

Obvod umožnuje přednastavit minimální proudové omezení okolo 2mA. Kondenzátor C8 zvyšuje stabilitu obvodu. T3 rozsvítí LED diodu v okamžiku, kdy je elektronický omezovač aktivován.

Pomocí obvodu složeného z C2, C3, D5, D6 a R7 je vytvořeno záporné napájecí napětí pro operační zesilovače IO1 a IO3. Tranzistor T1 a okolní součástky zajišťují ochranu napájeného zařízení v případě, že by z nějakého důvodu zmizelo záporné napájecí napětí. ZároveĹ“ se tento obvod uplatní při zapnutí napájení celého zdroje, kdy potlačí napěťovou špičku na výstupu.

Jako regulační prvek je použita paralelní kombinace tranzistorů T4, T5, které jsou řízeny prostřednictvím T2. Emitorové rezistory R26 a R27 eliminují rozdíly v parametrech T4 a T5, čímž je zajištěno stejnoměrné
rozložení výkonu na obě součástky. Paralelní kombinace T4, T5 byla použita z důvodu efektivního chlazení. Při experimentech pouze s jedním tranzistorem nebylo možné tento uchladit (při velmi nepříznivých
podmínkách – dlouho trvajícím zkratu na výstupu a proudu cca 3,8A) a vlivem vysoké teploty došlo k průrazu přechodu.

Popis zapojení – deska teplotního spínače ventilátoru a napájecího zdroje panelových měřicích přístrojů

Protože použité měřicí moduly nemohou mít společnou zem napájecí a měřicí, je třeba pro každý vytvořit galvanicky oddělené napájení. Použitý transformátor má proto dvě vinutí, střídavé napětí je usměrněno a standardně stabilizováno. Obvod teplotního spínače ventilátoru je tvořen operačním zesilovačem IO1, který je zapojen jako komparátor.
Trimr R4 nastavuje spínací uroveň, hystereze je nastavena rezistorem R6. Ventilátor je spínan v závislosti na teplotě, teplotní čidlo (KTY-10) je přilepeno na chladič.

Schema zapojení – ovládání ventilátoru a pomocný zdroj

Plošný spoj – deska spínače ventilátoru

Osazení desky spínače ventilátoru a pomocného zdroje

Mechanická konstrukce

Zařízení je navrženo do plastové krabice KP-14 ABS. V zadním čele je vyříznut otvor pro ventilátor, euro konektor a vyvrtán otvor pro pojistkové pouzdro. Chladič je umístěn nad deskou zdroje na distančních sloupcích délky 45mm + 10mm (na kovových 45mm sloupcích jsou našroubovány ještě 10mm plastové sloupky pro odizolování šroubů ve dně
krabice od potenciálu chladiče). Celková mechanická konstrukce je patrná z fotografií. Větrací otvory ve dně a víku krabice umístíme na stranu čelního panelu. Těmito otvory bude vyfukován ohřátý vzduch.

Ventilátor je třeba namontovat tak aby směr proudícího vzduchu byl dovnitř přístroje. Transformátor je upevněn pomocí s ním dodávaného šroubu a plechového držáku ke dnu skříňky. Do čelního panelu je třeba vyvrtat otvory pro potenciometry, LED diodu, svorky a případně zkratovací tlačítko. Nejpracnější je vyříznutí čtverhranných otvorů pro
panelová měřidla a síĹĄový vypínač. Před vyříznutím otvorů pro součástky u krajů čela skříňky dejte pozor, aby  tyto součástky nepřekážely sloupkům uvnitř skříňky, které slouží ke sešroubování. Pro zlepšení vzhledu čelního panelu lze použít samolepící tapetu, jak je vidět u sestaveného prototypu.

Regulovatelný zdroj – spodní strana skříňky

Umístění transformátoru a ventilátoru v krabičce

Komponenty na zadní straně zdroje

Připojovací tabulky – celkové sestavení

Pájecí body pro připojení jednotlivých komponent čelního panelu a dalších součástí jsou očíslovány a označeny ve schematu i osazovacím plánu regulovatelného zdroje. Připojení jednotlivých prvků shrnují přehledně následující tabulky. Připojení komponent na čelním panelu je vyznačeno na výkresu (není v měřítku).

Deska zdroje

Přípojné místo	Význam
X1 (1,2)	AC z transformátoru
X2 (3,4)	DC výstup zdroje (X2-2 +, X2-1 -)
5	Potenciometry nastavení napětí P1+P2
6	Potenciometry nastavení proudu P3+P4
7	Kolektory T4, T5
8	Báze T4, T5
9	Emitory T4, T5 (přes R26, R27)
10	Potenciometr nastavení napětí
11	Potenciometr nastavení proudu
12	Potenciometr nastavení napětí
13	Potenciometr nastavení proudu
14	– digitální panelové měřidlo (proud) – základní rozsah 199,9 mV
15	+digitální panelové měřidlo 1 (proud) – základní rozsah 199,9 mV
–	Digitální panelové měřidlo 2 (napětí) – rozsah 199,9V, připojeno přímo k výstupním svorkám zdroje
Poznámka: přesné připojení potenciometrů je patrné z obrázku

Pozor, použitý transformátor ma sekundární vinutí spojena paralelně, ne seriově, jak by se někdo mohl domnívat. Je to z důvodu proudového posílení, tak aby zdroj byl bez problémů schopen dodat 3A. Pokud máte transformátor s jedním sekundárním vinutím 24V/3A neváhejte ho použít. Já takový neměl, proto jsem použil běžně dostupný typ ze seznamu
součástek s tím, že jsem sekundární vinutí spojil paralelně. To je možné u transformátorů s dvěma oddělenými sekundárními vinutími, ne tam, kde je vyveden pouze střed.

Připojovací schema prvků čelního panelu

Obsazení vývodů výkonových tranzistorů

Umístění výkonových tranzistorů na chladiči a připojení tepelného čidla (výkonové rezistory R26, R27 jsou pájeny zespodu přímo na vývody T4, T5)

Deska teplotního spínače

Přípojné místo	Význam
X1	AC 230 V (za vypínačem) (X1-1 L, X1-2 N)
X2	Napájení panelového měřidla 1 (9V – X2-2 +, X2-1 -)
X3	Napájení panelového měřidla 2 (9V – X3-2 +, X3-1 -)
X4	Připojení teplotního čidla KTY (nezávislé na polaritě)
X5	Připojení ventilátoru 12V ( X5-2 +, X2-1 -)

Zapojení síťové části

Oživení a nastavení

Každou desku vyzkoušíme samostatně. Před připojením napájecího napětí  důkladně zkontrolujte osazení desek a odstraňte případné zkraty na plošném spoji.

Nastavení desky regulovatelného zdroje

Po připojení střídavého napětí na svorkovnici X1 změříme výstupní napětí a ověříme regulaci v rozsahu 0 – 30V. Na výstup zdroje připojíme výkonový rezistor např. 100Ω/10W v serii s ampermetrem na rozsahu alespoň 5A a ověříme regulaci proudu a funkci proudové pojistky. Pokud nemáte výkonový rezistor, je samozřejmě možné výstup zdroje přímo zkratovat, ale není to nejvhodnější řešení, jelikož zatím není jisté, že funguje obvod elektronické pojistky. Pomocí trimrů na měřicích modulech nastavíme zobrazované hodnoty podle přesného voltmetru /
ampermetru. Trimrem R29 můžeme doregulovat nulové výstupní napětí.

Nastavení desky teplotního spínače ventilátoru

Na desce teplotního spínače a zdrojů pro panelová měřidla je třeba změřit výstupní napětí pro panelová měřidla (9V) a nastavit teplotu spínání ventilátoru kolem 50 – 60°C trimrem R4.

Nastavení panelových měřicích přístrojů

Použité měřicí přístroje mají základní rozsah 199,9mV. V případě tohoto zdroje je proud měřen tímto základním rozsahem (prostřednictvím děliče na plošném spoji R23, R24, R25), který pro běžné použití vyhovuje – nastavíme desetinnou tečku pro zobrazení 0,00 A. Trimr R25 slouží ke kalibraci proudového měřidla podle referenčního ampermetru.

Napětí musí být měřeno na rozsahu 199.9V. To bohužel vnáší poměrně velkou chybu do měření napětí (měříme napětí pouze 0 – 30V na rosahu 199,9V). Pokud budete mít k dispozici měřidlo s rozsahem 100V nebo dokonce 30V s výhodou ho můžete použít. Nastavení děličů a desetinné tečky pomocí rezistorů a propojek na deskách měřidel je popsáno v manuálu který je dodáván k měřidlům, případně je ke stažení v sekci downloads pod článkem.

Bezpečnostní upozornění

• Oživení regulovatelného zdroje je třeba provádět za dodržení všech bezpečnostních zásad, pracujete na zařízení pod síťovým napětím!!!
• http://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.html

Síťový vypínač musí být ve dvoupólovém provedení (musí přerušovat Li N), síťové vodiče vedoucí od konektoru v zadním panelu k vypínači na předním panelu by měly být uloženy ve zvláštní bužírce. Samozřejmostí je dodržení předepsaných barev vodičů a použití vodičů určených prosíťové napětí s dostatečným průřezem (1,0mm²).

Plastová skříňka musí být pro aplikace se síťovým napětím vyrobena z materiálu ABS, nestačí tedy obyčejná KP 14.

Poznámka: Fotografie osazené desky zdroje přesně neodpovídají zde zveřejněnému osazovacímu plánu, jde o fotografie prototypu. Zároveň se omlouvám za sníženou kvalitu fotografií.

Podklady pro výrobu

Obrazce plošných spojů, schemata a potřebné katalogové listy ve formátu pdf jsou v sekci download pod článkem.

Seznam součástek – deska zdroje

R1	2k2/2W
R2	82R
R3, R24	220R
R4	4k7
R5, R6, R13, R20, R21, R23	10k
R7, R8	1R2/5W RR W5-1R2
R9, R19	2k2
R10	270k
R11, R28	27k
R12, R18	56k
R14	1k5
R15, R16	1k0
R17	33R
R22	3k9
R25	5k (trimr ležatý např. CA6VK010)
R26, R27	0.47/5W RR W5-0.47R
R29	100k (trimr ležatý např. CA6VK100)
C1	4700uF/50V nebo C10, C11
C2, C3	47uF/50V
C4	100n
C5	220n CF1
C6, C9	100p
C7	10uF/50V
C8	330p
C10, C11	E2200M/50V (osazovaci varianta místo C1)
D1, D2, D3, D4	1N5408
D5, D6, D9, D10	1N4148
D7, D8	BZX83V005.6
D11	1N4007
D12	LED 5mm cervena 2mA
T1	BC548
T2	2N2219 nebo BC140-16
T3	BC557
T4, T5	2N3055
F1	F6,3A
IO1, IO2, IO3	TL081P
5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15	11ks pajecí špička RTM1
X1, X2	ARK 500/2
P1, P3	PC1621NK010
P2+P4	PC1621NK001
Pojistkové pouzdro	K21SW WITH COVER

Seznam součástek – deska spínače ventilátoru a napájení panelových měřicích přístrojů

R1, R2	10k
R3	1k
R4	10k (trimr ležatý např. CA9MVK010)
R5	4k7
R6	1M5
D1, D2	B250C1000DIL
D3	1N4007
C1, C2	470uF/25V
C3, C4, C5, C6	100n
F1	50mA (MST2-00,050)
IO1	LM358N
IO2, IO3	7809
T1	BC338, BC337
X1, X2, X3, X4, X5	ARK500/2
TR1	2x 12V 120mA (TRHEI030-2X12V)
Teplotní čidlo	KTY10
Patice pojistky	KS-SH166

Mechanické díly a ostatní součástky pro regulovatelný zdroj

Tr1 – toroidní transformátor	120VA 2x22V 95x47mm, (WLT120-22-2)
Chladič pro T4, T5	V7144
Chladič malý vějířovitý pro T2
Distanční sloupky 45mm mosazné	DA5M3X45 4ks
Distanční sloupky 6mm nylon	KDA6M3X06W 4ks
Distanční sloupky 10mm nylon	KDA6M3X06W 4ks
Modul panelového měřidla	HD-3129 2ks
Ventilátor 50x50x10mm, 12V	KDE1205PFV1
Euro konektor (vidlice na panel)	GSD3
Knoflíky na potenciometry	P-S4824A 2ks, P-S4818A 2ks
Vypínač kolébkový dvoupólový s podsvětlením 230V	např.: P-H8553VB01-R
Pojistkové pouzdro na panel	PTF 70
Mřížka k ventilátoru	LFTG1206
Krabička	KP14 ABS

Značení součástek bylo převzato z katalogu Půhy.cz, kliknutím na konkrétní označení součástky se dostanete přímo do eshopu.

Použitá literatura

• http://www.electronics-lab.com/projects/power/003/index.html

Download & Odkazy

• Archiv s podklady pro výrobu a katalogovými listy použitých součástí – zdroj.zip
• Článek na HW serveru (prakticky totožné)
• Stavebnice zdroje s prakticky stejným zapojením
• Pokud si u nás chcete koupit rovnou hotový regulovatelný zdroj, podívejte se sem.