Laboratóriumi tápegység kapcsolási rajza és gyakorlati kivitelezése

0-50V és 0-10A közt állítható, kapcsolóüzemű előszabályozóval rendelkező feszültségvezérelt labortápegység. Folyamatos rövidzár és fordított polaritás ellen védett. A PIC-es panelmérőimet közvetlen meg tudja hajtani. Ez a tápegység körülbelül hat év labortáp-tervezési tapasztalatai és legalább ugyan ennyi évi fórumozás, sok-sok hobbista több ezer fórumhozzászólásának figyelembe vétele alapján született. Mondhatni ez az én keresztem. :-) Noha mindmáig eme hét év alatt csupán két labortápegységet publikáltam ráadásul a legutóbbit is kb hat évvel ezután, viszont egyrészt az elkészült PIC-es panelmérő modulok és egy máig folyamatban lévő labortáp-vezérlőmodul tervezése rengeteg tapasztalatot adott, mindemellett pedig a háttérben számos ötletet kidolgoztam fejben, papíron, szimulátorban vagy a valóságban is megépítettem.

Ezek között vannak olyan ötletek amelyek a hobbiisták körében közkedveltek, de számos olyan áramköri megoldás is van amelyhez hasonlókkal se magyar, sem pedig más fórumokon, szakmai portálokon vagy kiadványokban sem találkoztam. Pedig eme 6-7 év alatt nagyon sok labortápegységet tanulmányoztam, a hobbielektronika fórumain pedig a több ezer sőt több tízezer hozzászólás alapján tudom hogy a hobbistáknak milyen elvárásaik vannak. Gyakorlatilag a labortápos topik rendszeres követése mellett egyhuzamban újraolvastam az egész topikot és kijegyzeteltem hogy milyen igényeket támasztanak az emberek a leendő labortápjukkal kapcsolatban, és milyen szempontok fontosak és mik kevésbé fontosak.

Azt kell ugyanis tudni, hogy az a labortápegység melyről ez a cikk szól, kifejezetten a hobbistáknak született! Nem magamnak, nem megrendelésre készítettem, hanem nektek! Az első publikált tápegységem csupán az Urbán-féle táp átrajzolása volt egy olyan nyákra mely nekem tetszett. A második, az előszabályozós pedig egyrészt ismét magamnak, másrészt pedig a 2008-as Országos Elektronika Konstrukciós Versenyre készült. És utána mellesleg publikáltam hogy más is megépíthesse és használhassa.

Az előző kapcsolóüzemű labortápegységnél nekem nagyon fontos volt hogy minimális vezetékezések legyenek csak a műszerdobozon belül. A fórumhozzászólások alapján azonban rájöttem hogy csekély számú rokonlelken kívül gyakorlatilag nagyjából csak engem zavarnak a vezetékek. A jelen tápegységnél ez már így is működik, minden kezelőszervet huzalozni kell. A tapasztalatok alapján a hobbisták jelentős körében nagyon fontos tényező hogy a labortáp áramkör lapja egyszerű legyen, azaz egyoldalas és ne legyen rajta SMD alkatrész meg IC-láb közti átvezetés. Nos sajnos ezeket eme tápegység esetén nem tudtam maradéktalanul teljesíteni.

És nem csak azért mert az SMD alkatrészek kisebbek mint a furatszerelt társaik, hanem mert az SMD alkatrészeket a nyák egyik oldalára tudom tenni míg a huzallábas, nagy fizikai mérettel bíró alkatrészek a panel másik oldalára kerülhetnek, így egy nagy területet elfoglaló alkatrész alá rengeteg SMD áramkör rész elfér. Egyébként sokkal jobb, könnyebbé teszi a szerelést mert nem kell fúrni a nyákot és nem kell lábakat hajtogatni. A szememnek sajnos rossz, de kitalálták már a szemüveget.

Mint mondottam, a hobbielektronika topikjait rendszeresen követem, és engem két dolog zavar. Az egyik hogy az idézőjeleket mostanában többen is arra használják hogy ha nem biztosak valaminek a megnevezésében vagy nem biztosak abban amit leírnak akkor idézőjelbe teszik; pedig az idézőjel célja: idézzünk valakit, semmi több. A másik pedig hogy sokszor egy labortáp értékelése abszolút szakmaiatlan. Azt érzem hogy a közösség igényeiben meg kell próbálnom a szakmaiságot növelni és részletes mérési eredményekkel szolgálni a működésről.

A tervezés során törekedtem rá hogy a megoldásokat részletesen ismertessem, de az utánépítők problémáiért nem vállalok külön terméktámogatást. Minden áramkör amit publikálok, saját magam terveztem és készítettem el. A weboldalamon és a hobbiElektronikán megosztott áramkörtömbök nem termékek, és nem ígérem hogy ingyen segítek mindenhol.

Az elsődleges célom egy könnyen vezérelhető, utólag bővíthető labortápegység megtervezése volt, amely a hobbi elektronikában gyakori igényeket is kielégíti. A kimeneti tartomány 0V-tól 50V-ig és 0-10A-ig terjed, folyamatos, fokozatmentes szabályozással. Kapcsolóüzemű áramkörrel rendelkezik, amely jelentősen javítja a hatásfokot. Mivel a kapcsolóüzem felépítéséből adódóan a precíz szabályozáshoz szükség van két szabályozó fokozatra: az előszabályozó részre és a disszipatív, analóg főszabályozóra.

A tápegység játszik a zajok csökkentésén és a stabilitáson, és a design az egyszerű hozzáférhetőségre törekszik: minden alkatrész szinte bármely elektronikai alkatrész-boltban beszerezhető, például Lomex vagy HEStore. A tekercs és egyes nagy méretű alkatrészek tápcsatornák alatt, a panelen helyezkednek el, míg a SOIC tokos IC-k és 1206-os ellenállások/ kondenzátorok a frontoldali panelon kaptak helyet.

A kapcsolás fő részei közé tartozik a transzformátor, a diódahíd, a pufferelés, a referenciafeszültség előállítása és a feszültségosztók. Az IC1 és IC2 erősítők a kimeneti feszültséget és áramerősséget precízen beállíthatóvá teszik, a D8 zénerdióda pedig a referenciafeszültséget adja. A beállított áramkorlát az IC3-as erősítő segítségével valósul meg, és rövidzár esetén a kimenet az áramgenerátoros módba kerül.

A negatív és pozitív tápfeszültségek előállítása részletesen meg van tervezve: a TL431 és a különböző referenciák biztosítják a ±5V segédtápokat, a C2-C5 és IC2-IC3 a szükséges feszültségeket állítják elő, és a hálózati rész szekciói gondoskodnak a stabil működésről. A jellegzetes kapcsoláson belül a potméterek és a vezetékek zajvédelme is megoldott, hogy a mért értékek megbízhatóan olvashatók legyenek a panelen.

A készülék vezérlése egyszerű: egy enkóderrel navigálhatók a paraméterek (feszültség, áramkorlát, elektromos terhelés maximális árama), és a hosszú nyomás a Hi/Lo módot állítja. A mikrovezérlő egy ATmega328P, OptiBoot bootloaderrel, TX/RX/RESET lábakat pedig kábelkorbács segítségével lehet elérni USB-Soros átalakítóval. A táp fontos részlete, hogy a földpont a pozitív ág legyen, és a szekunder oldalról a 25V 3A-t adó transzformátor felhasználható.

A kazetta-kialakítás része a 24 VA-s transzformátor, a negatív táp rész szabályozója a 7910-es IC-vel, illetve a hűtésre szánt alumínium lap, mely a tápegység felső részébe kerül. A belső részben a hűtést a felépítés és a módosított ellenállások is segítik, hogy a tranzisztorok biztonságosan üljenek. A készülék előlapi grafika toner-transzferes nyákgyártású, és a pénzügyi megfontolás mellett a lap masszív és könnyen szerelhető marad.

Összefoglalva: ez egy könnyen kezelhető, rugalmasan bővíthető labortápegység, amely a hobbi elektrónika igényeihez igazodik. Természetesen megvannak benne a saját tervezési problémák, és nem feltétlenül tökéletes, de a funkciók széles köre és a számítógépes vezérlés lehetősége továbbra is értékes kiindulópont a projekt számára.

kapcsolási rajz ábra és elrendezés

A táp fő paraméterei és a kapcsolási elrendezés részletesen bemutatva a szövegben, valamint a szükséges áramkör-szintek és alkatrészek listája megadott. A kapcsolások megértéséhez és a gyakorlatban való megvalósításához a leírtak részletezik a jelutakat, a referenciafeszültségek keletkezését és a negatív visszacsatolás szerepét a stabil működés érdekében.

Az áramkör központi részei között a feszültségvezérelt szabályozás és a kapcsolóüzemű előszabályozás található, ezek együtt biztosítják a kívánt feszültség- és áramtartományt és a gyors reagálási képességet rövidzár esetén is. A rendszer lehetővé teszi, hogy a kimenet rövidzárnál is olvasható legyen a beállított áramkorlát értéke a beépített vagy külső árammérőn keresztül.

A végső célom pedig, hogy a projekt bemutatása során más hobbiépítők is profitálhassanak a részletes mérési eredményekből és a gyakorlati megoldásokból, továbbá a későbbi fejlesztésekhez is legyen kiindulópont.

tags: #labortap #epites #kapcsolasi #rajz

Népszerű bejegyzések: