5A NAPAJALNIK NASTAVLJIV OD 1,2 DO 25V

V poplavi veliko različnih verzij napajalnikov in različnih načinov izvedb, smo ponavadi v dilemi, kakšen napajalnik narediti, da bi bil čim bolj uporaben, enostaven in poceni. Odločil sem se narediti napetostno nastavljiv napajalnik, ki zmore tok do 5A, izvedba vezja pa bo kar se da enostavna, priročna in kompaktna. Namenjen bo lahko kot napajalnik s fiksno izhodno napetostjo ali pa nastavljivo v širokem območju od 1,2 do 25V, kar zadovolji večino potreb napajanja. Zaradi njegove mehanske izvedbe ga je mogoče preprosto vgraditi v različna ohišja ali elektro omarice, obenem pa je preprosta tudi pritrditev na hladilno telo. Tudi izbira transformatorja je lahko v širokem obsegu, odvisna pa je seveda od željene ali potrebne napetosti in toka.

Jedro napajalnika je LM338K

Marsikomu bo bolj zanimiva sama mehanska izvedba vezja, kot pa sama vezava ali shema napajalnika. Kot serijski element in hkrati regulator je uporabljen nastavljiv trotočkovni regulator LM338K, vezan v standardni vezavi nastavljivih trotočkovnih napetostnih regulatorjev. Shema napajalnika je povzeta iz data sheet-a za regulator LM338K proizvajalca National semiconductor, s tem, da je malo predelana in dograjena, ampak bistvo ostaja, saj tukaj ne gre izumljati tople vode.

Kratek opis napetostnega regulatorja LM338K

Slika 1 prikazuje razpored priključkov regulatorja LM338K. Slike 1, 2 in 3 so vzete iz tehnične dokumentacije (data-sheet) proizvajalca National semiconductor. Regulator zagotavlja 5A izhodnega toka, je nastavljiv od 1,2 do 32V, ima vgrajeno termično in kratkostično zaščito. Maksimalna napetost med vhodom in izhodom regulatorja je 35V. Pri zelo nizkih izhodnih napetostih ali kratkem stiku na izhodu je potrebno napajalnik dimenzionirati tako, da napajalna napetost na vhodu regulatorja ne presega 35V. Pri visoki vhodni in nizki izhodni napetosti regulator ne zmore polnega izhodnega toka, ker ima vgrajeno zaščito proti preveliki disipaziji moči. Na slikah 2 in 3 vidimo, da so tipične vezave za LM338K enake kot pri drugih trotočkovnih nastavljivih napetostnih regulatorjih, kot je npr LM317. Minimalni izhodni tok določa upor R1, ki za LM338K znaša 10mA. Izhodno napetost regulatorja določa kombinacija uporov R1 in R2. Vhodna napetost naj bo vsaj za 3V višja od izhodne da bo izhodna napetost stabilna.

Razpored priključkov trotočkovnega regulatorja LM338K

Osnovna shema nastavljivega napetostnega regulatorja z LM338K

Osnovna shema nastavljivega napetostnega regulatorja z zaščitnimi diodami

Opis 5A nastavljivega napajalnika

Shema napajalnika je povzeta po tipičnih vezavah, vrednosti komponent so večinoma predlagane vrednosti proizvajalca regulatorja in jih ni smiselno bistveno spreminjati. Shema napajalnika na sliki 4 je enostavna, montaža elementov na tiskano vezje po tej shemi pa je prikazana na sliki 5. Na shemi vidimo, da sta namesto R2 s tipične sheme tukaj upora R2 in R3. V večini primerov je R2 prevezan, to naredimo s kapljico cina na tiskanem vezju, R3 pa opravlja funkcijo nastavitve izhodne napetosti. Upor R2 vstavimo v vezje takrat, kadar želimo izhodno napetost spreminjati v zelo ozkem območju, v tem primeru določa ta upor minimalno izhodno napetost. To pomeni, da z R2 določimo napetost na grobo, z R3 pa napetost nastavimo na fino. Sprememba upornosti teh uporov za 100 ohm pomeni spremembo izhodne napetosti za 1V. Kot primer lahko vzamemo izhodno napetost nastavljivo od 10 do 15V. V tem primeru bo vrednost R2 820 ohm in potenciometra R3 470 ohm, sekundarna napetost transformatorja pa nekje med 15 in 18V.

Shema vezja 5A napajalnika z nastavljivo izhodno napetostjo od 1,2 do 25V

Konstrukcija vezja je kompaktna, vsi elementi razen transformatorja, so na tiskanem vezju. Serijski element se na hladilno telo pritrdi preko aluminij-kotnega profila. Ena stranica kotnega profila se torej nahaja med tiskanim vezjem in regulatorjem LM338K, druga stranica pa se pritrdi na hladilno telo z eno ravno površino. Regulator mora biti električno izoliran od kotnega profila s sljudno podložko TO-3, za boljšo toplotno prevodnost pa poskrbimo s termoprevodno pasto. Povezava z žicami je minimalna in olajšana s sponkami na tiskanem vezju. Potenciometer za spreminjanje izhodne napetosti je lahko trimer potenciometer na tiskanem vezju ali pa potenciometer na čelni plošči ohišja, z dvema žicama povezan s tiskanim vezjem. Na tiskano vezje lahko prispajkamo ležeči ali stoječi trimer potenciometer, v primeru uporabe zunanjega potenciometra, pa v tiskano vezje prispajkamo moško kontaktno letvico (JMP1) in uporabimo konektor. Seveda lahko namesto tega žici s potenciometra direktno prispajkamo na tiskano vezje, kar velja tudi za sponke. Izdelava napajalnika je preprosta in poceni. Izdelan napajalnik pa je tudi primeren kot napajalnik za na delovno mizo tako izkušenega elektrotehnika, kot tudi začetnika.

Montažna shema vezja napajalnika gledano s strani elementov.

Transformator

Sekundarna napetost transformatorja je lahko npr od 6V pa do največ 24V. Pri sekundarni napetosti 24V je napetost na C1 34V, seveda pa napetost na C1 z obremenitvijo pada. Moč transformatorja je lahko od nekaj deset VA do 120VA. Moč 120VA zadostuje za maksimalno izhodno napetost in maksimalni izhodni tok. Če želimo napajalnik z nastavljivo napetostjo do 25V in izhodnim tokom 5A ali fiksno napetost 24V in tokom 5A, potem potrebujemo transformator s sekundarno napetostjo 24V in moči 120VA, če pa imamo pri roki močnejši transformator lahko uporabimo tudi močnejšega, le sekundarna napetost ne sme presegati 24V. Lahko uporabimo tudi šibkejši transformator, le da je potem maksimalni izhodni tok napajalnika omejen z močjo transformatorja. Zavedati se moramo, da pri sekundarni napetosti 24V in pri nizkih izhodnih napetostih napajalnika, zaradi disipacije moči na serijskem delu napajalnika ne bomo mogli doseči polnega izhodnega toka. Zaradi tega pri fiksnih izhodnih napetostih napajalnika uporabimo nižjo sekundarno napetost, kar pomeni, da bo za maksimalni izhodni tok potrebna tudi manjša moč transformatorja. Kot primer lahko vzamemo fiksno izhodno napetost 12V. Zanjo potrebujemo sekundarno napetost transformatorja približno 15V, moč transformatorja pa 75VA. Naj pojasnim, zakaj navajam samo neke približne vrednosti z velikimi odstopanji. Odgovor je v tem, da lahko naredimo napajalnik z materialom, ki ga imamo pač pri roki, seveda pa lahko zaradi tega nastopijo določene omejitve.

Luknje bomo najlažje in najbolj točno zvrtali tako, da tiskano vezje uporabimo kot šablono, skozi katero označimo luknjice v aluminij, najlažje z vrtalnikom za tiskana vezja in svedrom iste dimenzije kot so luknjice v tiskanem vezju. Večina luknjic v tiskanem vezju so 0,9 ali 1 mm, 1,5 mm pa so luknjice za sponke, varovalko, graetz, in regulator.

Predloga tiskanega vezja

Galerija slik postopno prikazuje sestavljanje vezja. Pomembna je predvsem pravilna montaža regulatorja LM338K na aluminij kotni profil in hkrati na tiskano vezje. Prav tako je pomembno izolirati vijake. Klasične plastične podložke tukaj niso uporabljene, ker vijak zagotavlja električni kontakt med ohišjem regulatorja in tiskanim vezjem.

Namesto trimer potenciometra lahko uporabimo zunanji potenciometer, ki ga na vezje priključimo z žicami na priključne sponke na vezju.

Če vas zanimajo dodatne informacije o vsebini člankov, vezjih, delovanju, TIV, KIT, ... pa splošno vprašanje postavite na forum, bolj osebna pa na e-mail.