Construir uma fonte de alimentação dupla de 15V usando módulos prontos para uso por menos de US $ 50: 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Introdução:

Se você é um amador que lida com áudio, estará familiarizado com as fontes de alimentação de barramento duplo. A maioria das placas de áudio de baixa potência, como pré-amplificadores, requerem de +/- 5V a +/- 15V. Ter uma fonte de alimentação de dupla voltagem torna muito mais fácil fazer protótipos de projetos ou apenas reparos gerais.

Esta fonte de alimentação é fácil de montar, pois geralmente usa placas de módulo prontas para o uso, com exceção da placa do regulador, que você mesmo terá que construir. No entanto, há uma razão por trás disso, à qual falarei mais tarde.

A placa reguladora usada possui tensões de +/- 1,25 V a 37 V (dependendo da sua tensão de entrada). Eu só preciso de +/- 15 V, então uma fonte de alimentação de entrada alguns volts acima disso (cerca de 19 V) está bem. Os reguladores de tensão LM317 e LM337 também podem bombear cerca de 1,5 A cada (dependendo de quanta tensão eles estão reduzindo), então a corrente nominal da fonte de alimentação de entrada também precisa ser maior do que isso. É por isso que escolhi duas fontes de alimentação para laptop para fornecer as tensões de entrada. Eles produzem 19 V e cerca de 3,4 A, o que é mais do que suficiente para alimentar a placa do regulador. Sem mencionar que eles são baratos como chips.

Eu também queria uma fonte de alimentação linear, pois geralmente têm menos ondulação CC na saída (embora não seja tão eficiente quanto uma fonte de alimentação comutada completa). Usar uma fonte de alimentação de entrada comutada para diminuir 240 VCA para 19 V é barato e eficaz. Sua comutação também é geralmente acima da banda de áudio, portanto, não afeta o ruído da fonte de alimentação que entra em suas peças de teste. Os reguladores lineares filtrarão a maior parte da ondulação CC residual. Então, você basicamente obtém o melhor dos dois mundos.

Os medidores usados podem medir tensão e corrente (0-100V e 0-10A), são de duas cores para facilitar a leitura.

Com algumas modificações, você pode transformar um monte de peças em uma fonte de alimentação de bancada muito útil.

Nota: Uma coisa que esta fonte de alimentação não tem e isso é um controle regulador de corrente constante. Os próprios reguladores LM317 / 337 têm alguma proteção contra sobrecarga de corrente, mas eu não os usaria por muito tempo dessa forma. É por isso que a chave de carga foi colocada neste projeto. Portanto, se isso for importante, você pode usar um quadro regulador diferente para atender às suas necessidades.

Etapa 1: Uma palavra de advertência e notas gerais

Fiação de 240 V e fontes de alimentação para laptop:

Como este projeto usa altas tensões (240 V), elas podem ser bastante letais se você errar. Se você não tem certeza de como conectar componentes de alta tensão, ou não se sente confortável trabalhando em um equipamento ligado, minha sugestão seria não tentar fazer isso. Não assumo nenhuma responsabilidade se você se matar. Não quero ouvir mais de você depois que você morreu dizendo Pete, eu me eletrocutei e agora estou morto - OK ??

Agora, com isso dito, você tem algumas outras opções:

1. Basta usar as fontes de alimentação do laptop na forma fornecida e alguns conectores de alimentação DC na parte traseira da caixa. Significa apenas que você precisa conectar duas fontes de alimentação de laptop - mas é uma opção muito mais segura. No entanto, você precisará encontrar outra solução para alimentar os medidores de LED, pois eles também exigem fontes separadas.

2. Você pode montar as fontes do laptop na caixa e apenas cortar os plugues de 240 V e conectá-los diretamente a um soquete IEC na parte traseira. No entanto, você precisará de um case maior do que o que eu usei e, novamente, ele tem conexões ativas, então ainda não é tão seguro.

Medidores de painel de LED + tensões de alimentação:

Existem vários tipos de medidores LED no mercado. Todos eles fazem essencialmente a mesma coisa, no entanto, suas conexões nem sempre são as mesmas. Ir para a bitola do fio nem sempre é garantido. Ao fazer o pedido, tente obter o diagrama de fiação. Geralmente, os dois fios grossos serão o medidor de derivação de corrente. Os outros três serão a potência do medidor (para alimentar o display, que é vermelho / preto) e um fio sensor de tensão amarelo para medir a tensão.

O que você notará com os medidores é que eles têm um ponto comum de terra ou 0 V (os fios pretos são conectados internamente). Para este projeto em particular, isso não é bom. É por isso que os medidores são alimentados separadamente por duas pequenas placas de fonte de alimentação (placa de módulo de 240 VCA a 12 VCC). Você também precisa usar duas placas para alimentar, caso contrário, você causará um curto nas saídas ao usar a fonte de alimentação. Uma outra razão essencial é que os medidores de LED requerem um mínimo de 4,5 V para funcionar. Portanto, se você diminuir a saída do quadro do regulador para 1,25 V, os medidores não ligam.

Etapa 2: Lista de materiais

É disso que você precisa. Você pode comprar tudo isso no Ebay, Amazon ou Aliexpress. Eu comprei tudo no Ebay

- Caixa de plástico (usei uma caixa de plástico para instrumentos) - $ 12-15

- 1 placa do kit regulador LM317 / 337 - $ 10

- 2 fontes de alimentação para laptop 19V 3,42A - US $ 6,75 cada

- 2 placas de transformador abaixador de modo de comutação de 240 VCA a 12 VCC 450 mA - $ 1,50 cada

- 2 medidores de painel de tensão / corrente 0-100V / 0-10A - $ 3,50 cada (mais baratos no atacado e disponíveis em cores diferentes)

- 2 potes multi-voltas de 10K ohm + botões adequados - $ 2 cada (você pode usar os potes fornecidos, mas multi-voltas são mais fáceis de configurar)

- Hardware diverso e geral: interruptor 240VAC (usei um com uma luz LED 12VDC), terminais de ligação (6), soquete IEC, fusíveis e porta-fusíveis (3), pequeno corte de ângulo de alumínio (2), separadores (6), comprimentos gerais de fio e termorretrátil - provavelmente outro $ 5-10

Nota 1: Os fusíveis a serem usados dependem de quanta corrente você pretende usar. Eu sugeriria 1-1,5A para as duas placas reguladoras e 0,5A para a fonte de 240V. Você poderia ir mais baixo, pois não tirará 7A de ambos os suprimentos.

Nota 2: A parte mais cara da construção é o caso. Portanto, se você puder encontrar um mais barato ou quiser lançar o seu próprio, você economizará alguns dólares.

Nota 3: Existem algumas marcas de potes multi-voltas ou de precisão disponíveis. O que foi enviado foi um pote da marca Bochen, que tem botões específicos disponíveis e não usa botões de knurl bruto padrão. Não importa o tipo que você usa, apenas que você é capaz de ajustar os botões.

Nota 4: comprei essas fontes de alimentação para laptop porque custavam apenas cerca de US $ 6ea. Economize alguns dólares novamente se acontecer de você ter alguns velhos por aí.

Etapa 3: esquemas e diagramas de fiação

A primeira imagem é o esquema original para uma placa reguladora de estoque, com tampas de entrada e retificador incluídos, usando um transformador AC 12V-0V-12V para alimentar a placa (para esta fonte de alimentação não usamos)

A segunda imagem é o diagrama de fiação para todas as placas individuais para se conectar

A terceira e a quarta imagens são diagramas de fiação de estoque para os medidores de painel (eu usei), mostrando diferentes configurações para alimentação e medição. Essencialmente, neste projeto, estamos usando o quarto diagrama.

Etapa 4: fonte de alimentação do laptop

Por que fontes de alimentação de laptop de 19V?

A razão para isso é que a placa do regulador foi originalmente projetada para funcionar com um transformador duplo de 12 Vca (12 V-0-12 V). No entanto, se você olhar para o custo de um deles no ebay ou na loja de eletrônicos local, eles custam cerca de US $ 30AU. Dois suprimentos para laptop custam a metade disso.

Se você quiser uma tensão mais alta fora dos reguladores, basta usar uma fonte de alimentação de entrada mais alta. Lembre-se de que as placas do regulador produzirão +/- 37 V, então a entrada pode ser alguns volts acima disso. Mas lembre-se de que quanto maior o diferencial de tensão (entrada para saída), mais calor é produzido pelos reguladores. Por exemplo: se a tensão de entrada é 35 V e a saída é 5 V, vai haver muito calor desenvolvido e você pode precisar de dissipadores de calor maiores e / ou um ventilador.

Preparando os suprimentos do laptop

Para minha construção, tirei os suprimentos de suas caixas, pois precisava deles para caber na caixa do instrumento. Se você for usar as fontes do laptop como estão e usar conectores DC, pode pular esta etapa.

O que você precisa fazer é quebrar a caixa de plástico. Use uma chave de fenda plana e cuidadosamente force a borda até que a parte superior saia. Em seguida, remova o conjunto da placa de circuito.

Na 2ª foto, perfurei um pedaço de cantoneira de alumínio e fiz alguns furos na lateral da fonte (acredito que usei os furos existentes na fonte). Tenha cuidado para não danificar nenhum componente enquanto estiver fazendo isso. Também fiz alguns furos extras para aparafusar os postes de montagem e prender o conjunto na parte inferior da caixa de plástico. Usar o ângulo o tornou um pouco mais resistente do que apenas usar postes de montagem.

Os fios que saíam da placa pareciam um pouco leves, então mudei-os para fios medidos mais pesados. Solde os fios antigos, insira os novos fios pela parte superior da placa e solde-os no lugar na parte inferior da placa (em retrospectiva, eu deveria ter usado um calibre mais leve, mas com comprimentos mais longos, pois era difícil ter tantos fios conectados para os mesmos pontos).

As fontes do laptop também têm um LED de energia. Eles não são necessários, no entanto, você pode mantê-los se quiser a confirmação de que cada suprimento está funcionando efetivamente (eles morrerão se houver um problema com o suprimento ou a quantidade que está sendo sacada). Eu os mantive para facilitar a localização de falhas.

Observação: você deve usar o mesmo tipo de fonte de alimentação do laptop. A razão é que, se as tensões caírem um pouco, eles podem tender a desviar a corrente para dentro de si mesmos, fugir e explodir. Geralmente, não deve ser um problema se você usar os mesmos suprimentos. No entanto, se você estiver preocupado ou quiser proteção extra, pode colocar alguns diodos de potência (como IN4004 ou IN5404) com polarização reversa nas saídas de cada fonte (cátodo para positivo, ânodo para negativo). Isso impedirá que cada fonte absorva qualquer corrente das tensões ligeiramente desligadas ou se uma fonte for ligada antes da outra.

Etapa 5: construção do regulador LM317 / 337 e teste inicial

A placa reguladora vem em forma de kit, o que significa que você mesmo precisa soldá-la. Existem alguns fornecedores que os vendem pré-montados por alguns dólares extras. Às vezes, a remoção de componentes desses tipos de placas pode acidentalmente arrancar as trilhas. Você precisará remover alguns componentes de qualquer maneira, por isso é tão fácil construí-los no primeiro lugar sem eles.

A primeira imagem mostra uma placa completa (que é como ela deveria se parecer se você a fizesse de estoque). A segunda foto, entretanto, mostra as modificações com as tampas de entrada e o retificador removidos. Em vez disso, adicionei links para alterar o bloco de terminais de entrada para aceitar +/- 19 V e direcioná-lo para a entrada dos reguladores. Você pode manter as tampas de entrada se quiser, mas elas não são necessárias, pois os suprimentos do laptop são muito bons.

Você também notará que coloquei terminais para a luz de alimentação LED e também os potenciômetros apenas para facilitar a remoção das placas, se necessário.

Portanto, basta montar a placa conforme suas instruções, exceto pelas modificações acima.

Depois de concluído, conecte-o a uma fonte de alimentação em funcionamento e verifique a saída de cada estágio do regulador. Lembre-se, se estiver usando uma fonte de entrada única para testar, +/- entrada (nos terminais + / 0V) + / 0V fora da placa do regulador. +/- in (nos terminais 0V / -), 0V / - fora da placa reguladora. Certifique-se de ajustar a tensão de saída (última imagem mostrando a fonte de alimentação de teste externa).

Etapa 6: Preparando o Caso

Meça como você deseja que seus componentes fiquem na parte traseira dos painéis frontal e traseiro. Lembre-se, vai ser de trás para a frente (eu mesmo cometi esse erro). Na verdade, eu queria a imagem espelhada no painel frontal. Mas, felizmente, eu não tinha feito o painel traseiro ainda, então eu apenas o ajustei para a frente (ou eu poderia apenas ter girado em torno de 180 graus).

Faça furos usando pequenas brocas primeiro. Em seguida, amplie com uma broca maior. Se você não tiver brocas grandes o suficiente (como eu), você pode usar um alargador para aumentar os furos (ferramenta muito útil).

Uma vez que todos os furos tenham sido perfurados, abra os recortes dos painéis do medidor e lixe apenas o suficiente para que o medidor e o soquete IEC se encaixem.

Também adicionei algumas etiquetas na frente (usando folhas de carta). Você pode obtê-los online ou imprimi-los em papel transparente para impressora. Então eu apenas borrifei um pouco de laca protetora por cima.

Etapa 7: Montagem do Hardware

Assim que os painéis frontal e traseiro tiverem tempo de secar, monte todas as ferragens nos painéis frontal e traseiro.

As duas fontes de alimentação do laptop podem ser montadas na parte inferior do gabinete. Lembre-se de deixar espaço para o soquete IEC, o fusível e os fios passarem para o interruptor na frente. Como alternativa, você pode montar um interruptor na parte de trás, se preferir.

Monte a placa reguladora.

Por último, mas não menos importante, como as fontes de alimentação de 240 V / 12 V para os painéis dos medidores não têm nenhum lugar para serem montadas com parafusos, usei uma gota de silicone para prendê-las no lugar. Apenas certifique-se de adicionar os fios de entrada e saída primeiro!

Etapa 8: conectando tudo

Comece conectando a fiação de 240 V do plugue IEC ao switch e também ao porta-fusível de entrada. Em seguida, conecte toda a fiação de 240 V às duas fontes de alimentação do laptop e às duas fontes da placa do medidor. Insira um fusível e, neste estágio, é provavelmente uma boa ideia verificar a fiação e ligar, apenas para ter certeza de que todas as tensões que saem das fontes do laptop estão corretas (deve ser 19 V cada)

Conecte os potenciômetros e LED aos controles do painel frontal da placa do regulador. Usei soquetes e pinos de 2 pinos para facilitar a desmontagem na placa reguladora.

Agora conecte as saídas das fontes do laptop e conecte à entrada da placa reguladora. Você também pode conectar a energia aos medidores. Lembre-se de que o positivo de uma alimentação vai para o negativo da outra para criar um ponto de tensão zero virtual. Novamente, ligue e certifique-se de que as tensões sejam as esperadas - você deve ter 38 V entre as tensões de entrada, +/- 19 V entre 0 V nas entradas e alguma tensão nominal na saída da placa reguladora (dependendo de onde o potenciômetro está definido).

Conecte a saída da placa reguladora aos fusíveis de saída e à chave de carga. Conecte as linhas de corrente do medidor (de acordo com o diagrama de fiação) e, em seguida, as linhas de detecção de tensão do medidor. Insira alguns fusíveis e, novamente, teste e veja se os medidores estão lendo uma tensão. Dedos cruzados, você não deixou a fumaça mágica escapar!

Nota: os medidores são provavelmente a coisa mais difícil de fazer funcionar. Lembre-se de que a parte atual dos medidores vai do positivo ao negativo. O mesmo acontecerá com a tensão negativa - ela flui de 0v para a tensão negativa!

Etapa 9: Ajustes de teste e calibração

Depois de verificar se a fumaça não está escapando, conecte um medidor confiável e verifique as tensões de saída nas saídas positiva e negativa. Você provavelmente descobrirá que os medidores de LED estão ligeiramente fora (como nas fotos 2 + 4). Como esses medidores podem estar ligeiramente fora de qualquer extremidade do espectro, calibre-os para a voltagem que você geralmente usará mais ou no meio de uma faixa de voltagens. Por exemplo, se você usa muito 12V, calibre-os para 12V. Se você vai entre 5 V e 15 V regularmente, calibre em 10 V.

Se você tiver dois multímetros, pode fazer os ajustes de tensão e corrente juntos. Caso contrário, conecte uma carga nominal à saída, ajuste a tensão e, em seguida, desconecte o medidor e coloque em série com a fonte de alimentação e troque o cabo do multímetro (se o medidor tiver tensão e terminais de corrente separados) para medir a corrente.

Na parte de trás dos medidores de painel de LED, haverá dois pequenos potenciômetros para ajustar a tensão (v-adj) e a corrente (i-adj) (veja a foto um). Geralmente, é uma boa ideia carregar a saída com um resistor ao calibrar, pois a tensão de saída pode se mover um pouco quando carregada.

Portanto, ajuste o v-adj até que a leitura da tensão seja igual à do medidor. Os aparadores são um pouco sensíveis e uma pequena curva pode passar por onde você quiser. Apenas persevere até que esteja correto

Para o ajuste de corrente, eu recomendo usar um grande resistor dissipador de calor para calibrar (foto 6). Apenas certifique-se de que não seja inferior ao que o suprimento pode fornecer. Cada lado da placa do regulador pode fornecer 1,5A. Calibrá-lo em cerca de 1A deve ser suficiente.

Usando a lei de ohms V = IxR - então (V / I = R) 15V / 1A = 15ohms. Resistores de 15 ohms são um pouco difíceis de encontrar, então 2 resistores de 8 ohms em série resultarão em 16 ohms. Meça os resistores - os dois que tenho medem 8,3 e 8,1 ohms = total de 16,4 ohms.

Portanto, conecte os números novamente (V / R = I) 15V / 16,4 ohms = 0,914634A - esse é o número para o qual calibraremos. Você deve descobrir que o medidor deve exibir isso, bem como uma verificação dupla do seu medidor.

Você também terá que calcular a potência que está sendo colocada nos resistores, pois você não quer que eles fritem! Então, a lei dos ohms novamente P = VxI - 15Vx0,91463 = 13,72W. Certifique-se de que seus resistores sejam maiores do que este valor - 25W é bom. Usei um par de 100W que é ouro (veja a foto 6). Você pode obtê-los no ebay por cerca de US $ 8 para dois.

Para medir a corrente fora da fonte, você precisará colocar seu medidor em série com a fonte de alimentação e os resistores de carga. Não importa se o medidor é o primeiro ou os resistores, apenas certifique-se de que a corrente que flui através do medidor é positiva para negativa (terminais positivo e 0V - positivo / negativo nos terminais de corrente do multímetro). O lado negativo da alimentação deve ser medido de 0 V a negativo com o positivo do medidor indo para 0 V e o negativo do medidor indo para o negativo da fonte de alimentação. Se isso só o confundiu - olhe para a última foto.

Uma vez conectado, você deve ver a tensão e a corrente no medidor do painel frontal. Ajuste o potenciômetro atual na parte de trás do medidor do painel até que esteja lendo o mesmo que o seu multímetro. Se você tiver dois medidores, tenha um para medir a corrente (em série) e outro para medir a tensão (em paralelo).

Agora você está pronto para ir.

Etapa 10: Reflexões Finais

Embora tudo se encaixasse no case, eu poderia ter brincado um pouco com o layout interno e talvez movido o soquete IEC para permitir que os dois suprimentos de laptop fiquem a 90 graus de onde estão atualmente. O layout também deveria ter sido espelhado, já que geralmente gosto que tudo vá da esquerda para a direita. Eu incluí um esboço do que potencialmente deveria ter feito.

Usei uma fiação de 7,5 A 240 VCA de um cabo de alimentação (porque era isso que eu tinha ao redor). Sendo este um espaço tão confinado, eu provavelmente deveria ter usado um fio mais leve de 240 V já que o projeto não consome muita corrente.

Eu também não percebi que um dos parafusos do gabinete passou direto onde estava a chave 240V. Em retrospecto, eu deveria ter movido o interruptor ligeiramente e provavelmente também deveria ter instalado o porta-fusível de 240 V no painel frontal para evitar fiação desnecessária. Com um pequeno embaralhamento, eu provavelmente poderia ter colocado os porta-fusíveis de saída no painel frontal também, mas o painel frontal já estava bastante lotado.

No final das contas, ele fornece os +/- 15V que eu preciso, fácil de ajustar, é confiável e usa peças prontamente disponíveis.

Projetos futuros

Eu também tenho outra fonte de alimentação dupla de 0-30V / 3A em construção, embora isso possa acabar como duas fontes de alimentação separadas (novamente dependendo do espaçamento). Este tem recursos de corrente constante. Comprei estas pranchas ao mesmo tempo, porque não conseguia decidir qual queria, por isso comprei as duas!

Também haverá a mãe de todas as fontes de alimentação - uma fonte de alimentação dupla de baixa / alta tensão usando duas placas reguladoras em cada lado (4). Ele mudará de uma faixa baixa de 0-30 V para uma faixa alta de 30-90 V e 5 A! Isso será usado para testar placas amplificadoras de potência de dupla tensão. Novamente, pode acabar como duas fontes de alimentação separadas, dependendo do espaçamento.