Comment faire une alimentation de banc

Une alimentation de banc est un kit extrêmement pratique à avoir pour les amateurs d'électronique, mais ils peuvent être coûteux lorsqu'ils sont achetés sur le marché. Dans cet Instructable, je vais vous montrer comment fabriquer une alimentation de banc de laboratoire variable avec un budget limité.C'est un excellent projet de bricolage pour les débutants ainsi que pour tous ceux qui s'intéressent à l'électronique.

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L'objectif principal du projet est d'apprendre comment fonctionne une unité d'alimentation linéaire.Au début, pour expliquer le principe de fonctionnement d'une alimentation linéaire, j'ai pris un exemple d'alimentation à base de LM 317., J'ai acheté un kit d'alimentation de Banggood et l'ai assemblé.

Il s'agit d'une alimentation en tension stabilisée de haute qualité avec laquelle la tension peut être régulée en continu, et la plage dans laquelle réguler la tension est de 0 à 30 V. Il contient même un circuit de limitation de courant qui peut contrôler efficacement le courant de sortie de 2mA à 3A avec la possibilité de réguler le courant en continu, et cette caractéristique unique fait de cet appareil un outil indispensable et puissant dans le laboratoire de circuits.

Fonctionnalité:

Tension d'entrée: 24V AC

Courant d'entrée: 3A maximum

Tension de sortie: 0 à 30 V réglable en continu

Courant de sortie: 2mA - 3A réglable en continu

Ondulation de la tension de sortie: minimum 0, 01%

Étape 1: Outils et pièces nécessaires

Liste des pièces :

1. Transformateur abaisseur - 24V, 3A (Jaycar)

2. Kit d'alimentation DIY (Banggood / Amazon)

3. Dissipateur de chaleur et ventilateur (Banggood)

4.Volt-Amp Panel Meter (Amazon)

5. Bouton de potentiomètre (Banggood)

6. Convertisseur Buck (Amazon)

7. Port USB (Amazon)

8.Bind Post Plug Banana (Amazon)

9. Prise d'alimentation IEC3 (Banggood)

10. interrupteur à bascule (Banggood)

11. LED verte (Amazon)

12. Support LED (Banggod)

13. Tube thermorétractable (Banggood)

14. Pieds en caoutchouc auto-adhésif (Amazon)

15. Filament d'impression PLA 3D (GearBest)

Outils / Machine utilisés

1. Imprimante 3D - Creality CR-10 (Creality CR10S) ou Creality CR-10 Mini

2. fer à souder (Amazon)

3. DSO- RIGOL (Amazon)

4. Pistolet à colle (Amazon)

Étape 2: Schéma fonctionnel de base

Avant de vous lancer dans le processus de fabrication, vous devez connaître les composants de base d'une alimentation linéaire.

Les principaux éléments de l'alimentation linéaire sont:

Transformateur: Le transformateur modifie la tension du réseau alternatif à la valeur souhaitée. Il est utilisé pour abaisser la tension et sert également à isoler l'alimentation de l'entrée secteur pour plus de sécurité.

Redresseur: La puissance de sortie du transformateur est en AC, cela doit être converti en DC. Le pont redresseur convertit AC en DC.

Condensateur / filtre de lissage d'entrée: La tension redressée du redresseur est une tension continue pulsée ayant une très forte ondulation. Mais ce n'est pas ce que nous voulons, nous voulons une forme d'onde CC pure sans ondulation.Le circuit de filtrage est utilisé pour atténuer les variations de courant alternatif (ondulation) de la tension redressée.Des condensateurs de réservoir importants sont utilisés pour cela.

Régulateur linéaire: la tension ou le courant de sortie fluctuera en cas de changement de l'entrée du secteur ou en raison d'un changement de courant de charge à la sortie de l'alimentation.Ce problème peut être éliminé en utilisant un régulateur de tension.Il maintiendra la sortie constante même lorsque des changements à l'entrée ou tout autre changement se produisent.

Charge: Charge d'application



Étape 3: Transformateur

Entrée du courant alternatif haute tension entrant dans un transformateur qui réduit généralement le courant alternatif haute tension du secteur au courant alternatif basse tension requis pour notre application.Pour la conception de l'alimentation, la tension secondaire du transformateur est sélectionnée en tenant compte de la tension de sortie de l'alimentation, pertes dans le pont de diodes et le régulateur linéaire. Une forme d'onde typique d'un transformateur 24V est illustrée ci-dessus.En général, nous autorisons une chute d'environ 2V - 3V pour la configuration du redresseur en pont.Ainsi, la tension secondaire du transformateur peut être calculée comme ci-dessous

Exemple :

Supposons que nous voulons faire une alimentation avec une tension de sortie de 30V et 3A.

Avant le pont redresseur, la tension doit être = 30 + 3 = 33V (crête)

Donc, la tension RMS = 33 / racine carrée (2) = 23, 33 V

Le transformateur de tension nominale le plus proche disponible sur le marché est de 24 V. Donc, notre capacité de transformateur est 230V / 24V, 3A.

Remarque: Le calcul ci-dessus est une estimation approximative pour acheter un transformateur.Pour un calcul précis, vous devez prendre en compte la chute de tension entre les diodes, la chute de tension du régulateur, la tension d'ondulation et l'efficacité du redresseur.



Étape 4: Pont redresseur

Le pont redresseur convertit une tension ou un courant alternatif en une quantité de courant continu (CC) correspondante. L'entrée d'un redresseur est ca alors que sa sortie est un courant continu pulsé unidirectionnel.

La chute de tension aux bornes d'une diode à usage général est d'environ 0, 7 V et la diode Schottky est de 0, 4 V. À tout instant, deux des diodes du pont redresseur sont en fonctionnement, mais comme la diode est très conductrice, elle peut effectivement être plus élevée. Une bonne valeur sûre est le double de la norme ou 0, 7 x 2 = 1, 4 V.

La sortie CC après le pont redresseur est approximativement égale à la tension secondaire multipliée par 1, 414 moins la chute de tension aux bornes des deux diodes conductrices.

Vdc = 24 x 1, 414 - 2, 8 = 31, 13 V

Étape 5: condensateur / filtre de lissage

La tension redressée provenant du redresseur est une tension continue pulsée ayant une très forte ondulation. Les grandes ondulations qui existent dans la sortie, il est presque impossible d'être utilisé dans n'importe quelle application d'alimentation. Par conséquent, un filtre est utilisé.Le filtre le plus courant consiste à utiliser un grand condensateur.

La forme d'onde de sortie résultante après le condensateur de lissage est indiquée ci-dessus.

Étape 6: Régulateur

La tension ou le courant de sortie changera ou fluctuera en cas de changement de l'entrée du secteur ou en raison d'un changement de courant de charge à la sortie de l'alimentation régulée ou en raison d'autres facteurs tels que les changements de température. Ce problème peut être éliminé en utilisant un régulateur IC ou par un circuit approprié composé de quelques composants. Un régulateur maintiendra la sortie constante même lorsque des changements à l'entrée ou tout autre changement se produisent.

Les CI comme 78XX et 79XX sont utilisés pour obtenir des valeurs fixes de tensions à la sortie.Comme les CI comme LM 317, nous pouvons ajuster la tension de sortie à une valeur constante requise.Le LM317T est un régulateur de tension positive à 3 bornes réglable capable de fournir différents Sorties de tension continue autres que l'alimentation à tension fixe.Le circuit exemple ci-dessus utilise un régulateur de tension LM3 17 IC. La sortie redressée du redresseur en pont pleine onde est envoyée à un régulateur LM317 IC. En changeant la valeur du potentiomètre utilisé dans ce circuit, la tension de sortie peut être contrôlée facilement.

Jusqu'à présent, j'ai expliqué comment fonctionne une unité d'alimentation linéaire.Au cours des étapes, j'expliquerai la construction de l'alimentation électrique de banc en assemblant un kit de bricolage.

Étape 7: Fonctionnement du kit d'alimentation

Le fonctionnement du kit peut être compris en suivant le schéma ci-dessus.

Pour commencer, il y a un transformateur secteur abaisseur avec un enroulement secondaire évalué à 24 V / 3 A, qui est connecté aux points d'entrée du circuit aux broches 1 et 2. (la qualité de la sortie des alimentations sera directement proportionnelle à la qualité du transformateur). La tension alternative de l'enroulement secondaire du transformateur est redressée par le pont formé par les quatre diodes D1-D4. La tension continue prise aux bornes de la sortie du pont est lissée par le filtre formé par le condensateur réservoir C1 et la résistance R1. Le circuit intègre des caractéristiques uniques qui le rendent très différent des autres alimentations de sa catégorie. Au lieu d'utiliser un dispositif de rétroaction variable pour contrôler la tension de sortie, notre circuit utilise un amplificateur à gain constant pour fournir la tension de référence nécessaire à son fonctionnement stable. La tension de référence est générée à la sortie de U1.

Le circuit fonctionne comme suit: La diode D8 est un zener de 5, 6 V, qui fonctionne ici à son courant de coefficient de température nul. La tension à la sortie de U1 augmente progressivement jusqu'à ce que la diode D8 soit allumée. Lorsque cela se produit, le circuit se stabilise et la tension de référence Zener (5, 6 V) apparaît aux bornes de la résistance R5. Le courant qui passe à travers l'entrée non inverseuse de l'ampli-op est négligeable, donc le même courant passe à travers R5 et R6, et comme les deux résistances ont la même valeur, la tension entre les deux en série sera exactement le double de la tension aux bornes de chacun. Ainsi, la tension présente à la sortie de l'ampli-op (broche 6 de U1) est de 11, 2 V, deux fois la tension de référence zeners. Le circuit intégré U2 a un facteur d'amplification constant d'environ 3 X, selon la formule A = (R11 + R12) / R11, et élève la tension de référence de 11, 2 V à environ 33 V. Le trimmer RV1 et la résistance R10 sont utilisés pour l'ajustement des limites des tensions de sortie pour qu'elles puissent être réduites à 0 V, malgré les tolérances de valeur des autres composants du circuit.

Une autre caractéristique très importante du circuit est la possibilité de prérégler le courant de sortie maximum qui peut être tiré du PSU, le convertissant efficacement d'une source de tension constante en une source de courant constant. Pour rendre cela possible, le circuit détecte la chute de tension aux bornes d'une résistance (R7) qui est connectée en série avec la charge. Le CI responsable de cette fonction du circuit est U3. L'entrée inverseuse de U3 est polarisée à 0 V via R21. En même temps, l'entrée non inverseuse du même CI peut être ajustée à n'importe quelle tension au moyen de P2.

Supposons que pour une sortie donnée de plusieurs volts, P2 soit réglé de sorte que l'entrée du CI soit maintenue à 1 V. Si la charge est augmentée, la tension de sortie sera maintenue constante par la section amplificateur de tension du circuit et le la présence de R7 en série avec la sortie aura un effet négligeable en raison de sa faible valeur et de son emplacement en dehors de la boucle de contre-réaction du circuit de commande de tension. Alors que la charge est maintenue constante et que la tension de sortie n'est pas modifiée, le circuit est stable. Si la charge est augmentée de sorte que la chute de tension aux bornes de R7 soit supérieure à 1 V, IC3 est forcé à agir et le circuit passe en mode courant constant. La sortie de U3 est couplée à l'entrée non inverseuse de U2 par D9. U2 est responsable du contrôle de la tension et comme U3 est couplé à son entrée, cette dernière peut effectivement remplacer sa fonction. Ce qui se passe, c'est que la tension aux bornes de R7 est surveillée et ne peut pas dépasser la valeur prédéfinie (1 V dans notre exemple) en réduisant la tension de sortie du circuit.

Il s'agit en fait d'un moyen de maintenir le courant de sortie constant et est si précis qu'il est possible de prérégler la limite de courant à 2 mA aussi bas. Le condensateur C8 est là pour augmenter la stabilité du circuit. Q3 est utilisé pour piloter la LED chaque fois que le limiteur de courant est activé afin de fournir une indication visuelle du fonctionnement des limiteurs. Afin de permettre à U2 de contrôler la tension de sortie jusqu'à 0 V, il est nécessaire de prévoir un rail d'alimentation négatif et cela se fait au moyen du circuit autour de C2 & C3. La même alimentation négative est également utilisée pour U3. Comme U1 fonctionne dans des conditions fixes, il peut être exécuté à partir du rail d'alimentation positive non régulé et de la terre.

Le rail d'alimentation négatif est produit par un simple circuit de pompe à tension stabilisé au moyen de R3 et D7. Afin d'éviter des situations incontrôlées à l'arrêt, un circuit de protection est construit autour de Q1. Dès que le rail d'alimentation négatif s'effondre, Q1 supprime tous les entraînements vers l'étage de sortie. En effet, cela ramène la tension de sortie à zéro dès que le courant alternatif est retiré protégeant le circuit et les appareils connectés à sa sortie. Pendant le fonctionnement normal, Q1 est maintenu bloqué au moyen de R14, mais lorsque le rail d'alimentation négatif s'effondre, le transistor est passant et amène la sortie de U2 à un niveau bas. Le CI a une protection interne et ne peut pas être endommagé en raison de ce court-circuit efficace de sa sortie. C'est un grand avantage dans le travail expérimental de pouvoir tuer la sortie d'une alimentation sans avoir à attendre que les condensateurs se déchargent et il y a aussi une protection supplémentaire car la sortie de nombreuses alimentations stabilisées a tendance à augmenter instantanément à l'arrêt avec des résultats désastreux.

Crédit: Cette section n'est pas écrite par moi plutôt elle est tirée de electronics-lab.com. Le crédit complet revient à l'auteur original.

Étape 8: identifier les composants du kit d'alimentation

Avant de commencer l'assemblage du kit, lisez attentivement le manuel d'instructions.

Le kit est livré avec tous les composants mélangés dans un seul paquet.Il est donc recommandé de commencer à travailler en identifiant les composants et en les séparant en groupes tels que: transistors, Opamps, régulateur, potentiomètres et connecteurs, ce qui fait vraiment gagner beaucoup de temps lors de la construction du kit.

Étape 9: identifier les résistances

Dans le kit d'alimentation, le plus grand nombre de composants utilisés sont des résistances de valeurs différentes. Dans le kit, les résistances sont emballées en tas et leurs valeurs ne sont pas étiquetées. Nous devons donc mesurer manuellement la valeur de la résistance à l'aide d'un multimètre numérique.J'ai mesuré les valeurs et écrit sur la petite bande de papier dans la jambe de résistance.

Étape 10: Souder les composants

La règle générale pour souder les composants sur le PCB est "Souder les composants en fonction de leur hauteur". Commencez toujours par des composants de plus petite hauteur.Premièrement, je soude toute la résistance, puis les diodes, puis les condensateurs en céramique, puis les transistors, puis les amplis opérationnels, etc. Opamps, j'ai donc utilisé la base de mon propre stock.

Remarque: Ne soudez pas la LED de 3 mm, car nous allons connecter les fils de la LED à monter sur le panneau avant.

Étape 11: Soudage des transistors de puissance

La partie métallique du transistor haute puissance (2SD1047) et du transistor moyenne puissance (2SD882) est fixée au dissipateur thermique, ce qui le rend approprié pour les appareils dissipant plusieurs watts de chaleur.Le dissipateur thermique pour le transistor 2SD882 est inclus dans le kit. doivent acheter un dissipateur de chaleur séparé pour l'autre transistor (2SD1047) .Mais la bonne chose est que le dissipateur de chaleur de taille parfaite correspondant au contour du PCB et avec un ventilateur de refroidissement est disponible auprès du même fabricant. Vous pouvez l'acheter chez Banggood.

Le composé thermique est utilisé pour améliorer le transfert de chaleur entre le boîtier de l'appareil et le dissipateur de chaleur.

Étape 12: Préparez le potentiomètre

Le potentiomètre pourrait être placé directement sur le PCB, et pourrait également être aligné sur la carte via sa prise et ses fils. Le potentiomètre étiqueté avec A est le potentiomètre de limite de courant et V est le potentiomètre de tension. Le potentiomètre de tension pourrait être remplacé par un potentiomètre à enroulement multi-tours 10K à votre guise, avec lequel vous pourriez régler de manière plus précise.

Comme nous voulons installer le potentiomètre dans notre boîtier, nous devons souder la carte PCB via les connecteurs JST du kit.

Insérez d'abord les tubes thermorétractables dans les 3 fils du connecteur JST, puis soudez les fils aux pieds du potentiomètre. Ensuite, recouvrez le joint de soudure par un tube thermorétractable et appliquez de la chaleur tout autour pour donner la touche finale.Pour une meilleure compréhension, vous pouvez voir l'image ci-dessus.

Étape 13: Schéma de câblage pour la prise d'alimentation d'entrée

J'ai utilisé une prise IEC 3 broches 320 C14 pour l'entrée d'alimentation.Elle a une prise d'alimentation intégrée, un fusible pour la protection et un interrupteur.Le schéma de connexion est illustré dans l'image ci-dessus.Le fil rouge et bleu dans le schéma est connecté au côté primaire du transformateur.J'ai quitté la connexion de masse (fil vert), si vous avez un boîtier métallique, vous pouvez le connecter.

Étape 14: Câblage du multimètre à double affichage volt-amp

Mon affichage de volt-ampèremètre avait d'épais fils noirs, rouges et bleus. Les plus fins sont rouges et noirs pour l'alimentation de la puce elle-même. Le schéma de câblage est le suivant:

● Ligne noire (mince): vide ou module négatif

● Ligne rouge (mince): alimentation positive

● Ligne noire (épaisse): mesure commune (GND)

● Ligne rouge (épaisse): mesure de la tension de borne d'entrée positive

● Ligne bleue (épaisse): entrée de courant +

Veuillez vous référer aux schémas de câblage pour plus de détails

Étape 15: créer le circuit USB

Un autre connecteur optionnel que vous pouvez ajouter est une prise USB. Cela vous permettra de faire fonctionner n'importe quel appareil alimenté par un port USB.La tension de sortie USB est de 5V qui peut être obtenue en descendant le 24V DC.Ajustez d'abord le trimpot dans le convertisseur abaisseur pour régler la tension de sortie à 5V. la borne d'entrée du convertisseur abaisseur à la sortie du régulateur linéaire 24 V ou la borne prévue pour la connexion du ventilateur. La sortie du module convertisseur abaisseur est connectée au port USB.

Étape 16: Schéma de câblage complet

Le câblage est assez simple.J'ai ajouté un voltmètre supplémentaire et un circuit USB dans le circuit.

1. Prise d'alimentation d'entrée: connectez les fils comme expliqué à l'étape précédente.

2. Les fils de sortie de la prise d'alimentation d'entrée sont connectés au côté primaire du transformateur (220V).

3.Le côté secondaire (24 V) est connecté à la borne d'entrée du kit d'alimentation.

4. Volt-Amp Meter: Les fils de la borne à vis de sortie sont connectés au Volt-Amp Meter comme expliqué précédemment.

5.La borne de connexion est connectée à la sortie PCB de l'alimentation via un interrupteur à bascule comme indiqué dans le schéma de câblage ci-dessus.

6. Connexion USB: l'alimentation CC après le pont de diodes est coupée pour alimenter l'USB via un module convertisseur abaisseur.

Étape 17: Réalisation de l'enceinte

L'enceinte est conçue sur la base du design Thingiverse "The Ultimate box maker". J'ai utilisé Customizer pour obtenir la taille exacte de l'enceinte selon mes besoins. J'ai d'abord mesuré la taille du PCB et du transformateur, puis j'ai finalisé la taille du boîtier (200 x 140 x 80).

J'ai conçu les panneaux avant et arrière séparément dans Autodesk Fusion 360.Après la conception, j'ai imprimé tous les composants (coque supérieure, coque inférieure, panneau avant et panneau arrière) séparément.

J'ai utilisé mon imprimante 3D Creality CR-10 pour imprimer toutes les pièces.J'ai imprimé avec une hauteur de couche de 0, 3 mm et une vitesse de 50 mm / s.La qualité d'impression est vraiment excellente.

Les fichiers .stl du boîtier sont joints ci-dessous.

Pièces jointes

Étape 18: installer tous les composants

Insérez les composants dans les fentes des panneaux avant et arrière comme indiqué sur l'image.

Montez la carte PCB en vissant aux quatre coins.

Placez le transformateur sur la base fournie sur le boîtier, puis montez-le.

Montez le module convertisseur abaisseur sur la coque inférieure du boîtier en appliquant de la colle chaude.

Acheminez tous les fils correctement.

Placez ensuite la coque supérieure et fixez les écrous des deux côtés.

Étape 19: Avertissement

Une fois toutes les connexions externes terminées, inspectez soigneusement la carte et nettoyez-la pour éliminer les résidus de flux de soudure. Assurez-vous qu'il n'y a pas de ponts qui pourraient court-circuiter les pistes adjacentes et si tout semble aller bien, connectez l'entrée du circuit avec le secondaire d'un transformateur secteur approprié. Connectez un voltmètre entre la sortie du circuit et le primaire du transformateur au secteur.

Remarque: Ne touchez aucune partie du circuit lorsqu'il est sous tension.

Étape 20: Test

Je recommanderai de tester l'alimentation avant de fermer le boîtier.Si quelque chose ne va pas, vous pouvez le corriger facilement.Une fois terminé, branchez le câble d'alimentation, mettez sous tension à l'aide d'un interrupteur à l'arrière de l'alimentation et la LED doit s'allumer avec ventilateur.Maintenant, tournez le bouton de tension dans le sens des aiguilles d'une montre, vous remarquerez l'augmentation progressive de la lecture de tension sur l'unité d'affichage.Pour voir la lecture actuelle, vous devez connecter une charge aux bornes de la poste.Si tout se passe parfaitement, alors félicitations! !! Vous avez fait l'alimentation de votre banc.

Vous pouvez ajouter plus de fonctionnalités ainsi que modifier le kit pour obtenir la sortie souhaitée en fonction de vos besoins. Consultez le lien suivant où de nombreuses discussions sont en cours concernant les modifications de ce kit d'alimentation.

Modification: //www.eevblog.com/forum/beginners/bangood-ps ...


J'espère que vous avez apprécié et appris à faire une alimentation linéaire. Merci !

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