منبع تغذیه متغیر ۰ تا ۳۰ ولت و ۰ تا ۳ آمپر

منبع تغذیه متغیر ۰-۳۰ ولت و ۰-۳ آمپر

منبع تغذیه متغیر ۰-۳۰ ولت و ۰-۳ آمپر

در بین پروژه‌های الکترونیک دیجی تکنیک، این یک پروژه ساده منبع تغذیه متغیر ۰ تا ۳۰ ولت و ۰ تا ۳ آمپر منبع تغذیه با کیفیت بالا است که دارای خروجی پایدار و پیوسته قابل تنظیم در مقدار بین ۰ تا ۳۰ ولت DC می‌باشد. این مدار همچنین شامل یک محدودکننده جریان خروجی الکترونیکی است که به طور مؤثر جریان خروجی را از خدود صفر تا حداکثر سه آمپر که مدار می‌تواند تأمین کند، کنترل می‌کند.

ویژگی محدود کننده جریان برای منبع تغذیه بسیار ضروری است که این منبع تغذیه را برای استفاده در آزمایشگاه مناسب می سازد، زیرا می‌توان جریان را به حداکثر جریان مورد نیاز یک مدار تحت آزمایش محدود کرد و سپس بدون هیچ نگرانی از آسیب دستگاه، آن را روشن کرد. همچنین یک نشانگر LED تعبیه شده  که نشان می‌دهد محدودکننده جریان فعال شده، بنابراین می‌توانید ببینید که مدار شما از محدودیت‌های از پیش تعیین شده خود تجاوز می‌کند یا خیر.

مشخصات فنی منبع تغذیه

• ولتاژ ورودی: ۲۴ ولت AC
• جریان ورودی: ۳ آمپر (حداکثر)
• ولتاژ خروجی: ۰-۳۰ ولت قابل تنظیم
• جریان خروجی: ۰- ۳ آمپر قابل تنظیم
• ریپل ولتاژ خروجی: ۰.۰۱% حداکثر
• ابعاد PCB: ۱۲۳x۸۵ میلی‌متر

ویژگی‌های منبع تغذیه

• ابعاد کوچک، ساخت آسان، عملکرد ساده، کاربردی و اقتصاذی
• ولتاژ خروجی به راحتی قابل تنظیم است.
• محدودیت جریان خروجی با نشانگر بصری.
• حفاظت کامل دستگاه تغذیه‌شده در برابر اضافه‌بار و نقص عملکرد.

اگر قصد دارید یک منبع تغذیه آزمایشگاهی ۰ تا ۳۰ ولت تثبیت‌شده با جریان خروجی تا ۳ آمپر بسازید، به سادگی و همگام با این مقاله که فایل‌های مورد نیاز شامل شماتیک، PCB آماده شده و نحوه اتصال قطعات و دیتاسشیت‌ها را نیز در اختیار دارید. این یک پروژه بسیار کاربردی برای دانش جویان و هر علاقه‌مند به الکترونیک است.

چرا این منبع تغذیه خطی را بسازیم؟

با وجود پیشرفت منابع تغذیه سوئیچینگ، منابع تغذیه خطی مزایای خاص خود را دارند. اصلی‌ترین مزیت این مدار، عدم تولید نویز بالا است که در بسیاری از آزمایشات حساس الکترونیک حیاتی است. در مقابل، منابع سوئیچینگ با وجود ابعاد کوچک‌تر، می‌توانند نویزهای قابل توجهی تولید کنند که باعث اختلال در عملکرد مدارهای دیگر شود. بنابراین، ساخت این منبع تغذیه خطی با کارایی ۱۰۰ درصد عملی که خودتان نیز آن را مونتاژ کرده و استفاده می‌کنید، توصیه می‌شود.

ویژگی‌های اصلی این منبع تغذیه:

• ولتاژ ورودی: ۲۴ ولت AC (با استفاده از ترانسفورماتور ۲۲۰ به ۲۴ ولت ۳ آمپر).
• محدوده ولتاژ خروجی: ۰ تا ۳۰ ولت DC کاملاً تثبیت‌شده و خطی.
• محدوده جریان خروجی: صفر تا ۳ آمپر.
• حفاظت در برابر اتصال کوتاه: این ویژگی بسیار مهم از مدار شما در برابر آسیب‌های احتمالی محافظت می‌کند.
• مونتاژ آسان: ابعاد کوچک و سادگی مونتاژ از دیگر ویژگی‌های مثبت این پروژه است.

نکات مهم قبل از مونتاژ و کالیبراسیون:

برای اطمینان از عملکرد صحیح و دقیق منبع تغذیه، به نکات زیر توجه کنید:

1. کالیبراسیون ولتاژ خروجی (RV1):
   • پس از مونتاژ مدار، باید آن را کالیبره کنید.
   • RV1 را به گونه‌ای تنظیم کنید که وقتی پتانسیومتر P1 در کمترین مقدار خود قرار دارد (یعنی ولتاژ خروجی باید صفر باشد)، ولتاژ خروجی دقیقاً صفر ولت را نشان دهد.
   • برای حداکثر دقت، از ولت‌متری با رنج دقیق استفاده کنید.
2. هیت‌سینک برای ترانزیستور ۲N3055:
   • برای ترانزیستور قدرت ۲N3055 (ترانزیستور قابلمه‌ای)، حتماً از یک هیت‌سینک بزرگ و مناسب استفاده کنید تا حرارت تولید شده به خوبی دفع شود.
   • اگر هیت‌سینک موجود برای کاهش دمای کافی نباشد، می‌توانید دو ترانزیستور ۲N3055 را با هم موازی کنید. این کار باعث تقسیم جریان بین دو ترانزیستور شده و به کاهش حرارت کلی کمک می‌کند.
3. ترانسفورماتور ورودی:
   • به یک ترانسفورماتور ۲۲۰ به ۲۴ ولت با جریان ۳ آمپر نیاز دارید.
   • از استفاده از ترانسفورماتور با مشخصات بالاتر از حد نیاز خودداری کنید، زیرا می‌تواند به مدار آسیب برساند.
4. نمایشگر ولتاژ و جریان (اختیاری):
   • اگر می‌خواهید ولتاژ و جریان خروجی را بر روی سون سگمنت یا LCD نمایش دهید، می‌توانید از ولت‌متر و آمپرمترهای آماده موجود در بازار استفاده کنید:
     • ولت‌متر: به صورت موازی در خروجی مدار قرار می‌گیرد.
     • آمپرمتر: به صورت سری در مسیر جریان خروجی قرار می‌گیرد.

نحوه عملکرد منبع تغذیه متغیر ۰ تا ۳۰ ولت و ۰ تا ۳ آمپر

این مدار منبع تغذیه از یک ترانسفورماتور کاهنده ۲۴ ولت ۳ آمپر بهره می‌برد که به ورودی متصل می‌شود و کیفیت این ترانسفورماتور بسیار مهم است به دلیل اینکه مستقیماً بر کیفیت خروجی مدار تاثیر دارد. ولتاژ AC خروجی ترانسفورماتور توسط پل متشکل از چهار دیود D1-D4 یکسو می‌شود. ولتاژ DC گرفته‌شده از خروجی پل دیود توسط فیلتر متشکل از خازن C1 و مقاومت R1 صاف می‌شود.

این مدار شامل ویژگی‌های منحصربه‌فردی است که آن را از سایر منابع تغذیه هم‌رده خود متمایز می‌کند. مدار ما به جای استفاده از یک آرایش بازخورد متغیر برای کنترل ولتاژ خروجی، از یک تقویت‌کننده با بهره ثابت برای تأمین ولتاژ مرجع لازم برای عملکرد پایدای استفاده می‌کند. ولتاژ مرجع در خروجی U1 تولید می‌شود.

مدار به این شرح عمل می‌کند که دیود D8 یک دیود زنر ۵.۶ ولت در اینجا در جریان ضریب دمای صفر خود کار می‌کند. ولتاژ در خروجی U1 به تدریج افزایش می‌یابد تا دیود D8 روشن شود. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، مدار پایدار شده و ولتاژ مرجع زنر (۵.۶ ولت) در دو سر مقاومت R5 ظاهر می‌شود. جریانی که از ورودی غیرمعکوس تقویت‌کننده عملیاتی عبور می‌کند ناچیز است، بنابراین همان جریان از R5 و R6 عبور می‌کند.

بنابراین ولتاژ موجود در خروجی تقویت‌کننده عملیاتی (پین ۶ از U1) ۱۱.۲ ولت است که دو برابر ولتاژ مرجع زنر است. مدار مجتمع U2 دارای ضریب تقویت ثابت تقریباً ۳ برابر است، طبق فرمول A=(R11+R12)/R11، و ولتاژ مرجع ۱۱.۲ ولت را به تقریباً ۳۳ ولت افزایش می‌دهد. تریمر RV1 و مقاومت R10 برای تنظیم محدوده‌های ولتاژ خروجی استفاده می‌شوند تا با وجود هرگونه تلورانس مقادیر سایر اجزا در مدار، بتوان آن را به صفر ولت کاهش داد.

یکی دیگر از ویژگی‌های بسیار مهم این مدار، امکان از پیش تنظیم حداکثر جریان خروجی است که می‌تواند از PSU کشیده شود و آن را به طور مؤثر از یک منبع ولتاژ ثابت به یک منبع جریان ثابت تبدیل می‌کند. برای این منظور، مدار افت ولتاژ را در یک مقاومت (R7) که به صورت سری با بار متصل است، تشخیص می‌دهد. آی‌سی مسئول این عملکرد مدار(TL081) U3 است. ورودی معکوس U3 از طریق R21 به صفر ولت بایاس شده است. در عین حال، ورودی غیرمعکوس همین آی‌سی را می‌توان با استفاده از P2 به هر ولتاژی تنظیم کرد.

فرض کنید برای یک خروجی چند ولتی، P2 طوری تنظیم شده است که ورودی آی‌سی در ۱ ولت نگه داشته شود. اگر بار افزایش یابد، ولتاژ خروجی توسط بخش تقویت‌کننده ولتاژ مدار ثابت نگه داشته می‌شود و وجود R7 به صورت سری با خروجی به دلیل مقدار کم آن و موقعیت آن در خارج از حلقه بازخورد مدار کنترل ولتاژ، تأثیر ناچیزی خواهد داشت.

تا زمانی که بار ثابت نگه داشته شده و ولتاژ خروجی تغییر نمی‌کند، مدار پایدار است. اگر بار به گونه‌ای افزایش یابد که افت ولتاژ در R7 بیشتر از ۱ ولت باشد، IC3 وارد عمل شده و مدار به حالت جریان ثابت منتقل می‌شود.

خروجی U3 توسط D9 به ورودی غیرمعکوس U2 متصل می‌شود. U2 مسئول کنترل ولتاژ است و از آنجایی که U3 به ورودی آن متصل است، دومی می‌تواند به طور مؤثری عملکرد آن را لغو کند. آنچه اتفاق می‌افتد این است که ولتاژ در R7 نظارت می‌شود و با کاهش ولتاژ خروجی مدار، اجازه افزایش بالاتر از مقدار از پیش تعیین شده (۱ ولت در مثال ما) را ندارد.

این در واقع وسیله‌ای برای حفظ جریان خروجی ثابت است و آنقدر دقیق است که می‌توان حد جریان را تا ۲ میلی‌آمپر تنظیم کرد. خازن C8 برای افزایش پایداری مدار قرار داده شده است. Q3 برای روشن کردن LED هنگام فعال شدن محدودکننده جریان استفاده می‌شود تا این نشانگر عملکرد محدودکننده را فراهم کند. برای اینکه U2 بتواند ولتاژ خروجی را تا ۰ ولت کنترل کند، لازم است یک ولتاژ منفی فراهم شود و این کار با استفاده از مدار اطراف C2 و C3 انجام می‌شود. همان تغذیه منفی برای U3 نیز استفاده می‌شود. از آنجایی که U1 تحت شرایط ثابت کار می‌کند، می‌تواند از ولتاژ مثبت نامنظم و زمین تغذیه شود.

ولتاژ منفی توسط یک مدار پمپ ولتاژ ساده تولید می‌شود که توسط R3 و D7 پایدار شده است. برای جلوگیری از موقعیت‌های کنترل‌نشده در هنگام خاموش شدن، یک مدار حفاظتی در اطراف Q1 ساخته شده است. به محض اینکه ریل تغذیه منفی از بین برود، Q1 تمام تحریک به مرحله خروجی را قطع می‌کند. این کار به محض قطع برق AC، ولتاژ خروجی را به صفر می‌رساند و از مدار و وسایل متصل به خروجی آن محافظت می‌کند.

در طول عملکرد عادی، Q1 توسط R14 خاموش نگه داشته می‌شود، اما هنگامی که ولتاژ منفی از بین می‌رود، ترانزیستور روشن شده و خروجی U2 را پایین می‌آورد. آی‌سی دارای حفاظت داخلی است و به دلیل این اتصال کوتاه مؤثر خروجی آن آسیب نمی‌بیند. در کارهای تجربی، امکان قطع خروجی یک منبع تغذیه بدون نیاز به انتظار برای تخلیه خازن‌ها یک مزیت بزرگ است و همچنین یک حفاظت اضافی نیز وجود دارد، زیرا خروجی بسیاری از منابع تغذیه پایدار تمایل به افزایش ناگهانی در هنگام خاموش شدن با نتایج فاجعه‌بار دارد.

ساخت منبع تغذیه متغیر ۰-۳۰ ولت و ۰-۳ آمپر

لحیم‌کاری قطعات به برد راه مهم برای ساخت مدار شماست و موفقیت یا شکست شما تا حد زیادی به نحوه انجام آن بستگی دارد. این کار خیلی دشوار نیست و اگر به چند قانون پایبند باشید، مشکلی نخواهید داشت. از یک هویه سبک با توان حدود ۲۵ وات استفاده کنید. نوک هویه باید ظریف و تمیز باشد. برای این منظور، اسفنج‌های مخصوصی که مرطوب نگه داشته می‌شوند، بسیار مفید هستند و هر از چند گاهی می‌توانید نوک داغ را روی آنها پاک کنید تا تمام بقایایی که روی آن جمع می‌شوند را پاک کنید.

از سوهان یا کاغذ سنباده برای تمیز کردن نوک کثیف یا فرسوده استفاده نکنید. اگر نوک قابل تمیز کردن نیست، آن را تعویض کنید. انواع مختلفی از لحیم در بازار وجود دارد و شما باید یک نوع با کیفیت خوب را انتخاب کنید که حاوی فلاکس لازم در هسته خود باشد تا هر بار یک اتصال کامل را تضمین کند.

برای لحیم‌کاری صحیح یک قطعه باید موارد زیر را انجام دهید:

1. سیم‌های قطعه را با یک تکه کوچک کاغذ سنباده تمیز کنید.
2. آنها را در فاصله صحیح از بدنه قطعه خم کرده و قطعه را در جای خود روی برد قرار دهید.
3. مطمئن شوید که بیش از حد لازم لحیم استفاده نمی‌کنید زیرا خطر اتصال کوتاه کردن مسیرهای مجاور روی برد، به خصوص اگر خیلی نزدیک به هم باشند، وجود دارد.
4. پس از اتمام کار، اضافات سیم‌های قطعه را قطع کرده و برد را کاملاً با یک حلال مناسب تمیز کنید تا تمام بقایای فلاکس که ممکن است روی آن باقی مانده باشد، پاک شود.

طبق توصیه، کار را با شناسایی قطعات و جداسازی آنها شروع کنید. ابتدا آی‌سی‌ها و پین‌های اتصالات خارجی را قرار داده و آنها را در جای خود لحیم کنید و با مقاومت‌ها ادامه دهید. به خاطر داشته باشید که R7 را در فاصله مشخصی از برد مدار چاپی نصب کنید، زیرا تمایل دارد به خصوص هنگامی که مدار جریان‌های سنگین را تأمین می‌کند، بسیار داغ شود و این می‌تواند به برد آسیب برساند. همچنین توصیه می‌شود R1 را نیز در فاصله مشخصی از سطح PCB نصب کنید. با خازن‌ها ادامه دهید و به قطبیت خازن‌های الکترولیتی توجه کنید و در نهایت دیودها و ترانزیستورها را با دقت لحیم کنید.

ترانزیستور قدرت 2N3055 را روی هیت‌سینک نصب کنید. به خاطر داشته باشید که از عایق میکا بین بدنه ترانزیستور و هیت‌سینک و واشرهای فیبری مخصوص برای عایق‌بندی پیچ‌ها از هیت‌سینک استفاده کنید. به خاطر داشته باشید که پایه لحیم‌کاری را روی یکی از پیچ‌ها از سمت بدنه ترانزیستور قرار دهید، این پایه به عنوان پایه کلکتور ترانزیستور استفاده خواهد شد. از مقدار کمی خمیر سیلیکون بین ترانزیستور و هیت‌سینک استفاده کنید تا حداکثر انتقال حرارت بین آنها تضمین شود و پیچ‌ها را تا کامل سفت کنید.

دقت کنید که اتصالات پایه‌های ترانزیستور و مدار به خوبی برقرار باشد، زیرا جریانی که در این قسمت از مدار جریان می‌یابد، به ویژه بین امیتر و کلکتور ترانزیستور، نسبتاً زیاد است. مناسب است بدانید که برد مونتاژ شده، ترانس و لوازمی را که قصد دارید در داخل محفظه‌ای که منبع تغذیه شما را در خود جای می‌دهد، به طور متناسب طول سیم‌های مورد استفاده بین PCB و پتانسیومترها، ترانزیستور قدرت و برای اتصالات ورودی و خروجی به مدار را محاسبه کنید.

پتانسیومترها، LED و ترانزیستور قدرت را وصل کنید و دو جفت سیم برای اتصالات ورودی و خروجی وصل کنید. مطمئن شوید که نمودار مدار را برای این اتصالات با دقت بسیار زیاد دنبال می‌کنید، زیرا اگر اشتباهی مرتکب شوید، ممکن است پیدا کردن آن بسیار دشوار باشد. ایده خوبی است که برای سهولت در عیب‌یابی از کابل‌هایی با رنگ‌های مختلف استفاده کنید. اتصالات خارجی عبارتند از:

1. ورودی  AC IN: ثانویه ترانسفورماتور که 24v AC l می باشد.
2.  خروجی OUT: که منبع تغذیه متغیر ۰-۳۰ ولت و ۰-۳ آمپر شما را تشکیل می دهد.
3.  نقاط (E)، (B)، (E): به بایه های ترانزیستور قدرت (2N3055) Q4 وصل کنید.
4. دو نقطه در مدار که با A مشخص شده را با سیم مناسب به هم وصل کنید
5. LED را می توانید در پنل جلویی جعبه منبع تغذیه خود قرار رهید که همیشه قابل مشاهده باشد، اما پین‌هایی که به آن وصل می‌شود شماره‌گذاری نشده‌اند. هنگامی که تمام اتصالات خارجی به پایان رسید، برد را با دقت بررسی کنید و آن را برای از بین بردن باقیمانده‌های فلاکس لحیم کاری تمیز کنید و مطمئن شوید که مسیرهای مجاور را اتصال کوتاه نباشند.
6. اگر همه چیز خوب به نظر می‌رسد، ورودی مدار را به ثانویه یک ترانسفورماتور مناسب برق شهری وصل کنید. یک ولت‌متر را به خروجی مدار و اولیه ترانسفورماتور را به برق شهری وصل کنید. در حالی که مدار تحت برق است، به هیچ قسمتی از آن دست نزنید. ولت‌متر باید ولتاژی بین ۰ تا ۳۰ ولت DC را بسته به تنظیم P1 اندازه‌گیری کند و باید هرگونه تغییر در این تنظیم را دنبال کند تا نشان دهد که کنترل ولتاژ متغیر به درستی کار می‌کند. چرخاندن P2 در خلاف جهت عقربه‌های ساعت باید LED را روشن کند که نشان‌دهنده فعال بودن محدود کننده جریان است.

تنظیمات منبع تعذیه و اطلاعات لازم

اگر می‌خواهید خروجی منبع تغذیه شما بین ۰ تا ۳۰ ولت قابل تنظیم باشد، باید RV1 را تنظیم کنید تا مطمئن شوید که وقتی P1 در حداقل تنظیم خود قرار دارد، خروجی منبع تغذیه دقیقاً ۰ ولت است. از آنجایی که اندازه‌گیری مقادیر بسیار کوچک با یک پنل متر معمولی امکان‌پذیر نیست، بهتر است برای این تنظیم از یک میتر دیجیتال استفاده کنید و آن را در مقیاس بسیار پایین تنظیم کنید تا حساسیت آن افزایش یابد.

هشدار هنگام استفاده از قطعات الکتریکی، منبع تغذیه و تجهیزات را با دقت زیاد و مطابق با استانداردهای ایمنی توسط مشخصات و مقررات استفاده کنید.

احتیاط این مدار با برق شهری کار می‌کند و در برخی از قسمت‌های آن ۲۲۰ ولت AC وجود دارد. ولتاژهای بالای ۵۰ ولت خطرناک هستند. و برای جلوگیری از خطرات احتمالی، لطفاً قوانین زیر را رعایت کنید:

• در حالی که مدار تحت برق است، به هیچ قسمتی از آن دست نزنید.
• سیم‌های اصلی را در معرض دید قرار ندهید. تمام سیم‌های اصلی باید به خوبی عایق‌بندی شده باشند.
• با دست‌های خیس کار نکنید.
• همیشه از یک سیم اصلی مناسب با دوشاخه صحیح استفاده کنید و مدار خود را به درستی ارت کنید.
• اگر قاب پروژه شما از فلز ساخته شده است، مطمئن شوید که به درستی ارت شده است.
• اگر تمام اقدامات احتیاطی فوق را رعایت کنید، خطراتی را که متحمل می‌شوید به حداقل می‌رسانید و به این ترتیب از خود و اطرافیانتان محافظت می‌کنید.
• یک دستگاه با دقت ساخته شده و به خوبی عایق‌بندی شده هیچ خطری برای مرار و کاربر ندارد. 

عیب یابی مدار اگر کار نمی‌کند

• مدار مونتاژ شده را برای اتصالات احتمالی، پل‌ها در مسیرهای مجاور یا باقیمانده‌های فلاکس لحیم کاری که معمولاً باعث مشکل می‌شوند، بررسی کنید.
• تمام اتصالات ترانزیستور قدرت و نیز اتصالات خارجی به و از مدار را دوباره بررسی کنید تا اشتباهی وجود در اتصالات وجود نراشته باشد.
• ببینید که هیچ قطعه‌ای با مقادیر اشتباه و در مکان‌های اشتباه قرار نگرفته است.
• مطمئن شوید که تمام قطعات پولاریزه با قطبیت صحیح در جای خود لحیم شده‌اند.
• مطمئن شوید که منبع تغذیه ولتاژ صحیح را دارد و به درستی به مدار شما وصل شده است.
• پروژه خود را برای قطعات معیوب یا آسیب‌دیده بررسی کنید.

در صورتیکه به هر نحوی با مشکل مواجه شدید از طریق فرم در آخر صفحه با ما در ارتباط باشید و همچنین نظرات، پیشنهادات و سوالات خود را بیان کنید، کارشناسان ما در اسرع وقت جوابگوی شما خواهد بود.

لیست قطعات

قطعات	مقدار	توضیحات
R1	2.2kΩ	1W
R2	82Ω	1/4W
R3	220Ω	1/4W
R4	4.7kΩ	1/4W
R5-R6-R13-R20-R21	10kΩ	1/4W
R7	0.47Ω	5W
R8-R11	27kΩ	1/4W
R9-R19	2.2kΩ	1/4W
R10	270kΩ	1/4W
R12-R18	56kΩ	1/4W
R14	1.5kΩ	1/4W
R15-R16	1kΩ	1/4W
R17	33Ω	1/4W
R22	3.9kΩ	1/4W
RV1	100kΩ	trimmer
P1-P2	10kΩ	linear pontesiometer
C1	3300uF/50V	electrolytic
C2-C3	47uF/50V	electrolytic
C4	100nF	polyester
C5	200nF	polyester
C6	100pF	ceramic
C7	10uF/50V	electrolytic
C8	330pF	ceramic
C9	100pF	ceramic
D1-D2-D3-D4	1N5402-3-4	2A diode – RAX GI837U
D5-D6	1N4148	–
D7-D8	5.6V	Zener
D9-D10	1N4148	–
D11	1N4001	diode 1A
Q1	BC548	NPN transistor or BC547
Q2	2N2219	NPN transistor
Q3	BC557	PNP transistor or BC327
Q4	2N3055	NPN power transistor
U1-U2-U3	TL081	operational amplifier
D12	LED diode	–

این منبع تغذیه خانگی و کارگاهی ابزاری فوق‌العاده کاربردی برای هر میز کار الکترونیک خواهد بود. موفق باشید!