Da AC a +15V, -15V 1A Variabile e 5V 1A Alimentatore DC da Banco fisso: 8 Step

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Un alimentatore è un dispositivo elettrico che fornisce energia elettrica a un carico elettrico. Questo modello di alimentatore è dotato di tre alimentatori CC a stato solido. La prima alimentazione fornisce un'uscita variabile da 1,5 a 15 volt positivi fino a 1 ampere. Il secondo fornisce un negativo da 1,5 a -15 volt a 1 ampere. Il terzo ha un 5V fisso a 1 ampere. Tutte le forniture sono completamente regolamentate. Uno speciale circuito IC mantiene la tensione di uscita entro 0,2 V quando si passa da nessun carico a 1 ampere. L'uscita è completamente protetta dai cortocircuiti. Questo alimentatore è ideale per l'uso nei laboratori scolastici, nei negozi di servizi o ovunque sia richiesta una tensione CC precisa.

Passaggio 1: come funziona una fornitura?

L'alimentazione è costituita da due circuiti, uno è un'uscita fissa a 5 V e l'altro è da 0 a +15 e un'alimentazione variabile -15 con ciascuna sezione spiegata di seguito. È costituito da un trasformatore di potenza, uno stadio raddrizzatore CC e lo stadio regolatore.

1. Abbassare 220 V CA utilizzando il trasformatore: poiché si suppone che l'ingresso dei regolatori sia compreso tra 1,5 e 40 volt. Quindi 220v AC è stato abbassato usando il trasformatore. La corrente alternata 220v dalla principale viene fornita alla bobina secondaria del trasformatore tramite fusibile e interruttore, che la riduce a 18 volt. Il rapporto di virata del trasformatore era 12:1. Quando è stato testato, la tensione a circuito aperto del trasformatore è risultata essere di 22 volt. Il trasformatore ha due scopi. Innanzitutto, riduce l'ingresso da 220 V CA a 17 V CA e 9 V CA per consentire alla tensione corretta di entrare negli stadi del raddrizzatore. In secondo luogo, isola l'uscita dell'alimentatore dalla linea 220VAC. Ciò impedisce all'utente di subire pericolose scosse di tensione, nel caso in cui l'utente si trovi in un'area con messa a terra. Un trasformatore con presa centrale ha due avvolgimenti secondari che sono sfasati di 180 gradi.
2. Convertitore da CA a CC: per la rettifica della CA (conversione da CA a CC), è stata utilizzata la configurazione a ponte di diodi che interrompeva il ciclo negativo della CA e lo convertiva in CC pulsante. Ogni diodo funziona solo quando è in stato di polarizzazione diretta (quando la tensione all'anodo è maggiore della tensione al catodo). Questa CC aveva alcune increspature coinvolte, quindi è stato utilizzato un condensatore per livellarlo relativamente prima di inviarlo al circuito di regolazione.
3. Circuito del regolatore: il circuito del regolatore nell'alimentatore è costituito da un circuito integrato LM-317 e LM-337. L'LM317 fornisce più di 1,5 A di corrente di carico con una tensione di uscita regolabile in un intervallo da 1,2 a 37 V. La serie LM337 è costituita da regolatori di tensione negativa a 3 terminali regolabili in grado di fornire oltre -1,5 A in un intervallo di tensione di uscita da -1,2 a -37 V. Sono eccezionalmente facili da usare e richiedono solo due resistori esterni per impostare la tensione di uscita. Inoltre, sia la regolazione della linea che quella del carico sono migliori dei regolatori fissi standard. La tensione di uscita dell'LM317/LM377 è determinata dal rapporto tra i due resistori di retroazione R1 e R2 che formano una rete divisore di potenziale attraverso il terminale di uscita. La tensione ai capi del resistore di retroazione R1 è una tensione di riferimento costante di 1,25 V, Vref prodotta tra il terminale di “uscita” e di “regolazione”. Quindi qualsiasi corrente fluisca attraverso il resistore R1 scorre anche attraverso il resistore R2 (ignorando la piccolissima corrente del terminale di regolazione), con la somma delle cadute di tensione su R1 e R2 uguale alla tensione di uscita, Vout. Ovviamente la tensione di ingresso Vin deve essere di almeno 2,5 Volt maggiore della tensione di uscita richiesta per alimentare il regolatore.
4. Filtro: l'uscita dell'LM317/337 è stata alimentata al condensatore per filtrare l'effetto pulsante. E poi è stato inviato all'uscita. Va notato che la polarità del condensatore deve essere tenuta a mente prima di posizionarlo.

Alimentazione DC fissa 5v

5v DC funziona sullo stesso principio, ma il regolatore utilizzato per questo è un 7805 fisso. Anche il trasformatore utilizzato era da 220V a 9V AC.

Fase 2: Schema del circuito e componenti richiesti:

Schema elettrico e componenti richiesti sono elencati nelle immagini sopra.

Passaggio 3: simulazioni e layout del PCB

Schema e simulazioni di Proteus:

Il circuito schematico è stato simulato per vedere se il circuito funziona correttamente e raggiunge il nostro obiettivo di un'alimentazione variabile di ±15V e fissa di 5V. Che è stato verificato misurando la tensione di uscita con l'aiuto di un multimetro.

Schema PCB Proteus:

Il circuito schematico dopo il test è stato quindi convertito nel suo layout PCB. I componenti vengono prima posizionati e l'instradamento viene eseguito tramite l'instradamento automatico. La larghezza del cavo di alimentazione è T80 mentre il resto del cavo ha la larghezza T70. La lunghezza della scheda è stata selezionata per essere 6 per 8 pollici. È stato inoltre verificato un layout 3D per il progetto PCB previsto. Il layout al completamento e verificando se i percorsi non si incrociano viene esportato come PDF. Solo il bordo del cartone e il livello inferiore sono selezionati per essere nel file PDF e il resto è deselezionato. Ci dà una stampa della traccia dell'intero PCB.

Passaggio 4: stampa PCB

Stampa su carta burro:

La traccia ottenuta come file PDF è stata stampata sulla carta burro. La stampante utilizzata per questo scopo era quella con il toner anziché l'inchiostro liquido in quanto non trasferibile sulla carta burro. A tale scopo, la carta da burro viene tagliata in modo da corrispondere alle dimensioni di un foglio A4 per una facile stampa e quindi tagliata in modo da adattarsi alle dimensioni del PCB.

Trasferimento della stampa dalla carta Burro alla scheda PCB:

La carta burro viene posizionata sopra la scheda PCB. Un ferro caldo viene utilizzato per premere la carta burro, con il risultato che la traccia si fotocopia sulla scheda PCB a causa del riscaldamento dell'inchiostro del toner. Dopodiché vengono apportate correzioni alla traccia utilizzando il pennarello indelebile.

Acquaforte:

Trasferendo la traccia sulla scheda PCB, nella fase successiva la scheda viene immersa in un contenitore riempito con cloruro ferrico posto nel forno che comporta la rimozione del rame da tutta la scheda PCB tranne la traccia che è stata stampata risultando in un foglio di plastica con rame presente solo in pista.

Foratura:

Dopo la preparazione del PCB, i fori vengono praticati utilizzando un trapano per PCB mantenendolo al centro per tenere il trapano a 90 gradi rispetto al PCB e non applicando una pressione aggiuntiva, altrimenti la punta del trapano si romperà. I fori per transistor, connettori, regolatori Diodi sono più grandi di quelli dei normali resistori, condensatori ecc

Pulizia con Diluente/Benzina:

La scheda PCB viene lavata con qualche goccia di diluente o benzina a seconda della disponibilità in modo che l'inchiostro venga rimosso dalla pista per una perfetta saldatura del componente su PCB. Il PCB è pronto per essere saldato con i componenti.

Saldatura dei componenti:

I componenti vengono quindi saldati sulla scheda PCB secondo il layout PCB Proteus. I componenti sono saldati con cautela non cortocircuitando le tracce oi punti. Si tiene conto delle polarità di componenti come condensatori/transistor. I dissipatori di calore sono fissati con i regolatori utilizzando la pasta per una migliore conduttività e saldati con il PCB. Allo stesso modo

Test:

Un'ultima volta, il PCB viene testato per un breve periodo durante la saldatura dei componenti sulla scheda. Successivamente, il PCB è stato acceso e l'uscita è stata annotata secondo l'uscita desiderata. Il PCB è pronto per essere inserito nell'involucro.

Passaggio 5: preparazione dell'involucro

Un involucro prefabbricato con layout di base è stato acquistato dal mercato ed è stato modificato secondo l'esigenza desiderata. È arrivato con due fori per due morsetti, quindi nell'involucro sono stati praticati altri 4 fori per il morsetto e 2 per i potenziometri. È stata posizionata anche una presa a 3 pin femmina per una facile connettività del cavo di alimentazione CA. All'esterno è stato posizionato anche un interruttore per accendere o spegnere l'alimentatore. Inoltre è stato installato un VOLTMETRO nella fornitura per una facile leggibilità/selezione per l'utente.

Passaggio 6: impostazione della fornitura

Trasformatori e circuito sono stati inseriti nell'involucro con l'ausilio di un foglio di legno/isolante per evitare cortocircuiti con la carrozzeria. Bulloni e fascette sono stati utilizzati per tenere insieme i componenti. Sul carter sono stati installati morsetti, potenziometri portafusibili e pulsante. Il cavo del ponticello è stato utilizzato per il collegamento ed è stato saldato per proteggere la connessione. l'involucro termoretraibile è stato utilizzato per proteggere le connessioni ed evitare cortocircuiti. La fornitura è stata testata.

Passaggio 7: regolazione del carico

Il carico è stato collegato all'uscita di alimentazione e si è verificata una caduta di tensione in uscita dovuta alla caduta attraverso le resistenze dei cavi/tracce del circuito stampato/punti di connessione. Quindi, per far fronte a ciò, i valori dei resistori attraverso l'LM317/LM337 sono stati modificati in modo da fornire una tensione di carico di 15 volt. Poiché la tensione in uscita era una tensione a circuito aperto.

Passaggio 8: test/osservazioni finali

Il voltmetro utilizzato nella fornitura ha funzionato solo per i livelli di tensione superiori a 7v (altro non disponibile sul mercato). Quindi, utilizzando un voltmetro migliore, si potrebbero misurare anche valori di tensione inferiori. Utilizzando preferibilmente un voltmetro analogico bidirezionale e utilizzando un interruttore per modificare il valore da misurare (+ve alimentazione o –ve tensione di alimentazione), potrebbe essere reso più pratico.

Nel complesso è stato un progetto interessante. Ho imparato molto quando ho familiarizzato con la produzione di PCB, problemi nella realizzazione di un alimentatore e regolatori di tensione variabile.

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