Costruisci un doppio alimentatore da 15 V utilizzando moduli standard per meno di $ 50: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Introduzione:

Se sei un hobbista che si occupa di audio, avrai familiarità con gli alimentatori dual rail. La maggior parte delle schede audio a bassa potenza come i preamplificatori richiedono da +/- 5V a +/- 15V. Avere un alimentatore a doppia tensione lo rende molto più semplice durante la prototipazione di progetti o solo riparazioni generali.

Questo alimentatore è facile da assemblare in quanto generalmente utilizza schede del modulo standard ad eccezione della scheda del regolatore, che dovrai costruire da solo. Tuttavia c'è una ragione dietro a ciò di cui parlerò più avanti.

La scheda regolatore utilizzata vanta tensioni da +/- 1,25 V a 37 V (a seconda della tensione di ingresso). Ho solo bisogno di +/- 15 V, quindi un alimentatore in ingresso un paio di volt sopra quello (circa 19 V) va bene. I regolatori di tensione LM317 e LM337 possono anche pompare circa 1,5 A ciascuno (a seconda di quanta tensione stanno cadendo), quindi anche la corrente nominale dell'alimentatore in ingresso deve essere superiore a questa. Ecco perché ho scelto due alimentatori per laptop per fornire le tensioni di ingresso. Emettono 19V e circa 3,4A, più che sufficienti per alimentare la scheda del regolatore. Per non parlare del fatto che sono economici come patatine.

Volevo anche un alimentatore lineare in quanto generalmente hanno meno ondulazione CC sull'uscita (sebbene non sia efficiente come un alimentatore a commutazione completa). L'utilizzo di un alimentatore in ingresso a modalità di commutazione per far cadere i 240 V CA a 19 V è economico ed efficace. La loro commutazione è generalmente anche al di sopra della banda audio, quindi non influisce sul rumore dell'alimentatore che entra nei tuoi pezzi di prova. I regolatori lineari filtreranno la maggior parte dell'ondulazione CC residua. Quindi, ottieni praticamente il meglio di entrambi i mondi.

I misuratori utilizzati possono misurare tensione e corrente (0-100V e 0-10A), sono bicolore per una facile lettura.

Con poche modifiche, puoi trasformare un mucchio di parti in un alimentatore da banco molto utile.

Nota: una cosa che questo alimentatore non ha ed è un controllo di regolazione della corrente costante. Gli stessi regolatori LM317/337 hanno una protezione da sovracorrente, tuttavia non li farei funzionare troppo a lungo in questo modo. Ecco perché l'interruttore di carico è stato posizionato in questo progetto. Quindi, se si tratta di importazione, potresti utilizzare una scheda di regolazione diversa per soddisfare le tue esigenze.

Passaggio 1: una parola di avvertimento e note generali

Cablaggio 240V e alimentatori per laptop:

Poiché questo progetto utilizza tensioni elevate (240 V), possono essere piuttosto letali se si sbaglia. Se non sei sicuro di come collegare i componenti ad alta tensione o non ti senti a tuo agio a lavorare su apparecchiature dal vivo, il mio suggerimento sarebbe di non tentare questo. Non mi assumo alcuna responsabilità se ti uccidi. Non voglio sentirti dopo che sei morto dicendo Pete, mi sono fulminato e ora sono morto - OK??

Detto questo, hai un paio di altre opzioni:

1. Basta usare gli alimentatori per laptop nella loro forma fornita e utilizzare alcuni connettori di alimentazione CC sul retro della scatola. Significa solo che devi collegare due alimentatori per laptop, ma è un'opzione molto più sicura. Tuttavia, dovrai trovare un'altra soluzione per alimentare i misuratori LED poiché richiedono anche alimentazioni separate.

2. Puoi montare le forniture del laptop nella custodia e semplicemente tagliare le spine da 240 V e collegarle direttamente a una presa IEC sul retro. Tuttavia, avrai bisogno di una custodia più grande di quella che ho usato e, di nuovo, ha connessioni live, quindi non è ancora così sicuro.

Indicatori LED da pannello + tensioni di alimentazione:

Esistono diversi tipi di misuratori LED sul mercato. Essenzialmente fanno tutti la stessa cosa, tuttavia le loro connessioni non sono sempre le stesse. Non è sempre garantito l'uscita dal calibro del filo. Al momento dell'ordine, cercare di ottenere il loro schema elettrico. Generalmente i due fili spessi saranno il misuratore di corrente. Gli altri tre saranno la potenza del misuratore (per alimentare il display che è rosso/nero) e un filo di rilevamento della tensione giallo per misurare la tensione.

Quello che noterai con i misuratori è che hanno un punto di terra o 0V comune (i fili neri sono collegati insieme internamente). Per questo particolare progetto non va bene. Per questo motivo i contatori vengono alimentati separatamente tramite due piccole schede di alimentazione (scheda modulo da 240VAC a 12VDC). Devi anche usare due schede per alimentare, altrimenti andrai in cortocircuito quando usi l'alimentatore. Un altro motivo essenziale è che i misuratori LED richiedono un minimo o 4,5 V per funzionare. Quindi, se abbassi l'uscita a 1,25 V dalla scheda del regolatore, i misuratori non si accendono.

Passaggio 2: Distinta base

Questo è ciò di cui avrai bisogno. Puoi acquistare tutto questo da Ebay, Amazon o Aliexpress. Ho comprato tutto su Ebay

- Custodia in plastica (ho usato una custodia in plastica per strumenti) - $ 12-15

- 1x scheda kit regolatore LM317/337 - $10

- 2 alimentatori per laptop da 19 V 3,42 A - $ 6,75 cad

- 2x schede trasformatore step-down a commutazione da 240 V CA a 12 V CC 450 mA - $ 1,50 cad

- 2x misuratori di tensione/corrente da pannello 0-100V/0-10A - $3,50 cad. (più economici all'ingrosso e disponibili in diversi colori)

- 2x potenziometri multigiro da 10K ohm + manopole per adattarsi - $2 ciascuno (è possibile utilizzare i potenziometri forniti, ma i multigiri sono più facili da impostare)

- Hardware vario e generale: interruttore 240VAC (ne ho usato uno con una luce LED 12VDC), morsetti di collegamento (6), presa IEC, fusibili e portafusibili (3), piccolo taglio di angolo di alluminio (2), distanziatori (6), lunghezze generali di filo e termoretraibile - probabilmente altri $ 5-10

Nota 1: i fusibili da utilizzare dipenderanno da quanta corrente si intende utilizzare. Suggerirei 1-1,5 A per le due schede di regolazione e 0,5 A per l'alimentazione a 240 V. Potresti andare più in basso e non ricaverai 7A da entrambe le forniture.

Nota 2: la parte più costosa della build è il caso. Quindi, se riesci a trovarne uno più economico o vuoi farne uno tuo, ti farà risparmiare qualche soldo.

Nota 3: sono disponibili alcune marche di pentole multigiro o di precisione. Quella inviata era una pentola di marca Bochen, che ha manopole specifiche disponibili e non utilizza manopole standard con zigrinatura ruvida. Non importa quale tipo usi, solo che sei in grado di adattare le manopole.

Nota 4: ho acquistato questi alimentatori per laptop perché costavano solo circa $ 6 ea. Risparmia ancora qualche soldo se ti capita di averne di vecchi in giro.

Passaggio 3: schemi e schemi elettrici

La prima immagine è lo schema originale di una scheda regolatore di serie, con cappucci di ingresso e raddrizzatore inclusi, che utilizza un trasformatore AC 12V-0V-12V per alimentare la scheda (per questo alimentatore non usiamo)

La seconda immagine è lo schema elettrico per tutte le singole schede da collegare insieme

La terza e la quarta immagine sono schemi elettrici di serie per i misuratori da pannello (che ho usato) che mostrano diverse configurazioni per alimentare e misurare. Essenzialmente in questo progetto, stiamo usando il quarto diagramma.

Passaggio 4: alimentatore per laptop

Perché alimentatori per laptop da 19 V?

La ragione di ciò è che la scheda del regolatore è stata originariamente progettata per funzionare con un doppio trasformatore da 12 V CA (12 V-0-12 V). Tuttavia, se guardi il costo di uno di questi da ebay o nel tuo negozio di elettronica locale, sono circa $ 30AU. Due forniture per laptop arrivano a metà.

Se vuoi una tensione più alta dai regolatori, usa semplicemente un alimentatore di ingresso più alto. Ricorda che le schede del regolatore emetteranno +/- 37 V, quindi l'ingresso può essere di alcuni volt sopra quello. Ricorda però, maggiore è il differenziale di tensione (ingresso-uscita), maggiore è il calore prodotto dai regolatori. Ad esempio: se la tensione di ingresso è 35 V e l'uscita è 5 V, verrà sviluppato molto calore e potresti aver bisogno di dissipatori di calore più grandi e/o di una ventola.

Preparare le forniture per laptop

Per la mia build, ho tolto i materiali di consumo dalle loro custodie poiché avevo bisogno che si adattassero alla custodia dello strumento. Se hai intenzione di utilizzare le forniture per laptop così come sono e utilizzare connettori CC, puoi saltare questo passaggio.

Quello che devi fare è rompere la custodia di plastica. Usa un cacciavite piatto e fai leva con cautela sul bordo finché la parte superiore non si stacca. Quindi rimuovere il gruppo del circuito stampato.

Nella seconda foto, ho forato un pezzo di alluminio angolare e ho praticato alcuni fori sul lato della fornitura (credo di aver usato i fori esistenti nella fornitura). Fai attenzione a non danneggiare alcun componente mentre lo fai. Ho anche praticato alcuni fori extra per avvitare i montanti di montaggio e attaccare il gruppo alla parte inferiore della custodia di plastica. L'uso dell'angolo lo ha reso un po' più robusto rispetto al semplice utilizzo dei montanti.

I fili che uscivano dalla scheda sembravano un po' leggeri, quindi li ho cambiati con un filo più pesante. Dissaldare i vecchi fili, inserire i nuovi fili attraverso la parte superiore della scheda e saldarli in posizione sul fondo della scheda (col senno di poi avrei dovuto usare un calibro più leggero ma lunghezze più lunghe perché era difficile collegare così tanti fili agli stessi punti).

Le forniture per laptop hanno anche un LED di alimentazione. Non sono necessari, tuttavia è possibile conservarli se si desidera avere la conferma che ogni fornitura funzioni correttamente (si estingueranno se c'è un problema con la fornitura o l'importo prelevato). Li ho tenuti dentro per trovare più facilmente i guasti.

Nota: dovresti usare lo stesso tipo di alimentatore per laptop. Il motivo è che se le tensioni si riducono un po', possono tendere ad assorbire corrente in se stesse e scappare via e poi soffiare. In genere, non dovrebbe essere un problema se si utilizzano gli stessi materiali di consumo. Tuttavia, se sei preoccupato o desideri una protezione extra, potresti posizionare un paio di diodi di alimentazione (come IN4004 o IN5404) polarizzati inversamente sulle uscite di ciascuna alimentazione (quindi da catodo a positivo, da anodo a negativo). Ciò impedirà a ciascun alimentatore di assorbire qualsiasi corrente a causa delle tensioni leggermente disattivate o se un alimentatore si accende prima dell'altro.

Passaggio 5: costruzione del regolatore LM317/337 e test iniziale

La scheda del regolatore viene fornita in kit, il che significa che devi saldarla da solo. Ci sono alcuni fornitori che li vendono preassemblati per pochi dollari in più. A volte, la rimozione di componenti da questi tipi di schede può strappare accidentalmente le tracce. Dovrai comunque rimuovere alcuni componenti, quindi è altrettanto facile costruirli in primo luogo senza di loro.

La prima immagine mostra una tavola completata (che è come dovrebbe apparire se l'avessi fatta in stock). La seconda foto invece mostra le modifiche con i cappucci di ingresso e il raddrizzatore rimossi. Ho aggiunto invece dei collegamenti per cambiare la morsettiera di ingresso per accettare il +/-19V e indirizzarlo all'ingresso dei regolatori. Puoi tenere i cappucci di input se vuoi, ma non sono necessari in quanto le forniture per laptop sono piuttosto buone.

Noterai anche che ho inserito i terminali per la luce di alimentazione a LED e anche i vasi solo per facilitare la rimozione delle schede se necessario.

Quindi basta assemblare la scheda come nelle loro istruzioni tranne che per le modifiche sopra.

Una volta completato, collegarlo ad un alimentatore funzionante e verificare l'uscita di ogni stadio del regolatore. Ricordare, se si utilizza un solo ingresso per il test, +/- in (sui terminali +/0V) +/0V out dalla scheda del regolatore. +/- in (su morsetti 0V/-), 0V/- out dalla scheda regolatore. Assicurati di poter regolare la tensione di uscita (l'ultima immagine mostra l'alimentatore di prova esterno).

Passaggio 6: preparazione della custodia

Misura come vuoi che i tuoi componenti si trovino sul retro dei pannelli anteriore e posteriore. Ricorda, sarà al contrario (l'errore l'ho commesso io stesso). In realtà, volevo l'immagine speculare sul pannello frontale. Ma fortunatamente non avevo ancora realizzato il pannello posteriore, quindi l'ho semplicemente adattato alla parte anteriore (o potrei averlo semplicemente ruotato di 180 gradi).

Praticare i fori utilizzando prima piccole punte da trapano. Quindi allargare con una punta da trapano più grande. Se non hai punte da trapano abbastanza grandi (come le ho io), puoi usare un alesatore per allargare i fori (strumento molto utile).

Una volta che tutti i fori sono stati praticati, fai scattare i ritagli per i pannelli del misuratore e limare quel tanto che basta affinché il misuratore e la presa IEC si adattino.

Ho anche aggiunto alcune etichette sul davanti (usando fogli di lettere). Puoi ottenerli online oppure puoi stamparli su carta trasparente per stampante. Poi ho appena spruzzato della lacca protettiva sopra.

Passaggio 7: montaggio dell'hardware

Una volta che i pannelli anteriore e posteriore hanno avuto il tempo di asciugarsi, monta tutto l'hardware sui pannelli anteriore e posteriore.

I due alimentatori per laptop possono essere montati nella parte inferiore del case. Ricordati di lasciare spazio per la presa IEC, il fusibile e i cavi per passare all'interruttore nella parte anteriore. In alternativa, se preferisci, puoi montare un interruttore sul retro.

Montare la scheda del regolatore.

Ultimo ma non meno importante, poiché gli alimentatori da 240 V/12 V per i pannelli del misuratore non hanno un punto in cui essere montati a vite, ho usato una goccia di silicone per tenerli in posizione. Assicurati di aver aggiunto prima i cavi di ingresso e di uscita!

Passaggio 8: cablare tutto

Inizia collegando il cablaggio a 240 V dalla spina IEC all'interruttore e anche al portafusibili di ingresso. Quindi collegare tutti i cavi a 240 V ai due alimentatori del laptop e alle alimentazioni della scheda dei due contatori. Inserisci un fusibile e, a questo punto, è probabilmente una buona idea controllare il cablaggio e accendere, solo per assicurarti che tutte le tensioni che escono dagli alimentatori del laptop siano corrette (dovrebbero essere 19V ciascuna)

Collegare i potenziometri e il LED ai controlli del pannello frontale dalla scheda del regolatore. Ho usato prese e pin a 2 pin per facilitare lo smontaggio sulla scheda del regolatore.

Ora collega le uscite degli alimentatori del laptop e connettiti all'ingresso della scheda del regolatore. È inoltre possibile collegare l'alimentazione ai contatori. Ricorda, che il positivo di un'alimentazione va al negativo dell'altro per creare un punto di tensione zero virtuale. Ancora una volta, accendi e assicurati che le tensioni siano quelle previste: dovresti avere 38 V tra le tensioni di ingresso, +/- 19 V tra 0 V agli ingressi e una certa tensione nominale sull'uscita della scheda del regolatore (a seconda di dove è impostato il potenziometro).

Collegare l'uscita della scheda regolatore ai fusibili di uscita e all'interruttore di carico. Collegare le linee di corrente del misuratore (come da schema elettrico) e poi le linee di rilevamento della tensione dal misuratore. Inserisci alcuni fusibili e di nuovo, prova e vedi se i contatori stanno leggendo una tensione. Incrociamo le dita, non hai lasciato scappare il fumo magico!

Nota: i contatori sono probabilmente la cosa più difficile da far funzionare. Ricorda solo che la parte corrente dei contatori va dal positivo al negativo. Lo stesso accadrà con la tensione negativa: scorre da 0v a tensione negativa!

Passaggio 9: test e regolazioni di calibrazione

Una volta verificato che i fumi non fuoriescono, collega un misuratore affidabile e controlla le tensioni di uscita su entrambe le uscite positive e negative. Molto probabilmente scoprirai che i misuratori a LED sono leggermente fuori (come nelle foto 2 + 4). Poiché questi misuratori possono essere leggermente fuori da entrambe le estremità dello spettro, calibrarli alla tensione che si utilizzerà generalmente di più o nel mezzo di un intervallo di tensioni. Ad esempio, se usi molto i 12V, calibrali a 12V. Se vai regolarmente tra 5 V e 15 V, calibra a 10 V.

Se hai due multimetri puoi fare le regolazioni di tensione e corrente insieme. Altrimenti, collegare un carico nominale all'uscita, regolare la tensione, quindi scollegare il misuratore e metterlo in serie con l'alimentatore e scambiare il cavo del multimetro (se il misuratore ha terminali di tensione e corrente separati) per misurare la corrente.

Sul retro dei misuratori del pannello LED, ci saranno due piccoli trim pot per regolare la tensione (v-adj) e la corrente (i-adj) (vedi foto uno). In genere è una buona idea caricare l'uscita con un resistore durante la calibrazione poiché la tensione di uscita potrebbe spostarsi leggermente quando caricata.

Quindi regola v-adj fino a quando la tensione non è uguale a quella del contatore. I trimmer sono un po' sensibili e una piccola virata può passare dove vuoi. Persevera finché non è corretto

Per la regolazione della corrente, consiglierei di utilizzare una grande resistenza dissipata per calibrare (foto 6). Assicurati solo che non sia inferiore a quello che l'offerta può produrre. Ogni lato della scheda del regolatore può fornire 1,5 A. Calibrarlo a circa 1A dovrebbe essere sufficiente.

Usando la legge di ohm V=IxR - quindi (V/I=R) 15V/1A=15ohm. I resistori da 15 ohm sono un po' difficili da trovare, quindi 2 resistori da 8 ohm in serie daranno 16 ohm. Misurare i resistori: i due che ho misurano 8,3 e 8,1 ohm = 16,4 ohm totali.

Quindi, collega nuovamente i numeri (V/R=I) 15 V/16,4 ohm = 0,914634 A - questo è il numero su cui calibreremo. Dovresti trovare che lo strumento dovrebbe visualizzare questo e un doppio controllo del tuo misuratore.

Dovrai anche calcolare la potenza che viene immessa nelle resistenze perché non vuoi che friggano! Quindi, di nuovo la legge sugli ohm P=VxI - 15Vx0.91463=13.72W. Assicurati che i tuoi resistori siano ciascuno più grande di questo valore - 25W è buono. Ho usato un paio di 100W che è oro (vedi foto 6). Puoi prenderli su ebay per circa $ 8 per due.

Per misurare la corrente fuori dall'alimentatore, dovrai mettere il tuo misuratore in serie con l'alimentatore e le resistenze di carico. Non importa se il misuratore è il primo o le resistenze, assicurati solo che la corrente che scorre attraverso il misuratore sia da positiva a negativa (quindi terminali positivi e 0V - positivo / negativo sui terminali di corrente del multimetro). Il lato negativo dell'alimentazione deve essere misurato da 0V a negativo con il positivo del contatore che va a 0V e il negativo del contatore che va al negativo dell'alimentatore. Se questo ti ha solo confuso, guarda l'ultima foto.

Una volta connesso, dovresti vedere sia la tensione che la corrente sul misuratore del pannello frontale. Regola il potenziometro corrente sul retro del misuratore del pannello finché non legge lo stesso del tuo multimetro. Se hai due contatori, prendine uno per misurare la corrente (in serie) e uno per misurare la tensione (in parallelo).

Ora sei a posto.

Passaggio 10: considerazioni finali

Anche se tutto si adattava alla custodia, avrei potuto giocare un po' con il layout interno e forse spostare la presa IEC per consentire alle due forniture per laptop di sedersi a 90 gradi rispetto a dove si trovano attualmente. Anche il layout avrebbe dovuto essere speculare, poiché generalmente mi piace che tutto vada da sinistra a destra. Ho incluso uno schizzo di ciò che potenzialmente avrei dovuto fare.

Ho usato un cablaggio da 7,5 A 240 V CA da un cavo di alimentazione (perché era quello che avevo in giro). Dato che questo è uno spazio così ristretto, probabilmente avrei dovuto usare un cavo da 240 V più leggero poiché il progetto non assorbe molta corrente.

Inoltre, non ho notato che una delle viti del case è passata direttamente dove si trovava l'interruttore da 240 V. Col senno di poi avrei dovuto spostare leggermente l'interruttore e probabilmente avrei dovuto installare anche il portafusibili da 240 V sul pannello frontale per evitare cablaggi non necessari. Con un po' di confusione, probabilmente avrei potuto mettere anche i portafusibili di uscita sul pannello frontale, ma il pannello frontale era già abbastanza affollato.

Alla fine della giornata, fornisce i +/- 15V di cui ho bisogno, è facile da regolare, è affidabile e utilizza parti prontamente disponibili.

Progetti futuri

Ho anche un altro doppio alimentatore 0-30 V / 3 A in lavorazione, anche se questo potrebbe finire come due alimentatori separati (di nuovo a seconda della spaziatura). Questo ha caratteristiche di corrente costante. Ho comprato queste schede nello stesso momento in cui non riuscivo a decidere quale volevo, quindi le ho prese entrambe!

Ci sarà anche la madre di tutti gli alimentatori: un doppio alimentatore a bassa/alta tensione che utilizza due schede di regolazione per lato (4). Passerà da una gamma bassa 0-30 V a una gamma alta 30-90 V e 5 A! Questo sarà usato per testare le schede degli amplificatori di potenza a doppia tensione. Di nuovo, potrebbe finire come due alimentatori separati a seconda della spaziatura.