Eden najbolj popularnih projektov za začetnika je izdelava lastnega napajalnika katerega lastnosti lahko poljubno prilagodi svojim potrebam uporabe. Zato sem se tudi sam lotil načrtovanja in izdelave lastnega napajalnika od začetka do konca, kar bom v tem članku tudi opisal.
Od ideje do zastavljanja ciljev
Do ideje sem prišel, ko sem brskal po spletu in zasledil, da vedno več ljudi izdeluje napajalnike, ki vsebujejo mikrokontroler. Tudi pri nas je že bilo nekaj uspešno izdelanih. Ideja se mi je takoj zdela dobra, prednosti uporabe mikrokontrolerja v laboratorijskem napajalniku pa so bile kar očitne. Tako je bil moj namen izdelati preprost laboratorijski napajalnik, ki bi za krmiljenje in nadzor stabilizacijskega vezja uporabljal mikrokontroler.
Moje zahteve so bile, da je napajalnik cenovno ugoden ter kakovosten, katerega specifikacije bi zadoščale večini uporabnikov. Dober laboratorijski napajalnik mora vsebovati nastavitev napetosti in toka z zelo fino resolucijo. To ponavadi dosežemo s potenciometri z več obrati, ki pa so zelo dragi. V cenejših napajalnikih pa je to izvedeno z dvema potenciometroma, enega za fino drugega za grobo nastavitev, ki pa ni ravno elegantna rešitev. Izhodi napajalnika morajo biti zaščiteni pred kratkimi stiki. Napajalnik mora prikazovati nastavljeno ter trenutno izmerjeno vrednost napetosti in toka. Stabilizacijsko vezje mora biti linearno, s čimer dosežemo majhno valovitost in nizko prisotnost šuma v izhodni napetosti, edina pomanjkljivost linearnih napajalnikov pa je pretirano gretje, zato sem dodal še zaščito pred pregretjem. Mora imeti tudi možnost preprostega izklopa napetosti na izhodnih sponkah namesto da ročno izklapljamo izhod tako, da vlečemo priključke iz izhodnih sponk. Pomembno je tudi, da ima napajalnik možnost nastavljanja napetosti do 0V. Izhodna napetost je nastavljiva v območju 0 do 18V, tok pa v območju 0 do 1000mA.
Napajalnik je zgolj prototip oziroma prva verzija napajalnika, zato še ni popolnoma dovršen in pripravljen za reprodukcjio. Kot se je že velikokrat izkazalo napake ali pomanjkljivosti opaziš šele takrat, ko neko stvar realiziraš in preveriš v praksi, z izkušnjami pa je seveda teh težav manj. Zato je tudi to eden izmed razlogov zakaj sem se lotil takega projekta, pridobivanje izkušenj na področju načrtovanja. Med opisovanjem napajalnika bom na napake opozoril, predlagal rešitve ter omenil kje sem jaz naletel na težave in kako sem jih rešil.
Močnostno in krmilno napajanje
Napajalnik je sestavljen iz več sklopov, katerim je potrebno dodeliti ustrezno napajanje. V glavnem je potrebno močnostno napajanje za segmente, ki za svoje delovanje potrebujejo višjo napetost in tok ter krmilno napajanje za segmente, ki za svoje delovanje potrebujejo +5V. Močnostno napajanje je izvedeno s sekundarnim navitjem transformatorja, ki ima dva odcepa med katerima preklapljamo z relejem zato, da zmanjšamo disipacijo moči na močnostnem elementu – Q1. To je nujno potrebno zaradi previsoke napajalne napetosti na ponoru MOSFET-a, ki je hkrati napajalna napetost za integrirano vezje LM324 – IC1. Ta napetost je previsoka iz razlogom saj operacijski ojačevalnik LM324 ni potrebno napajati do njegovih napajalnih potencialov (ni »rail-to-rail). Prav tako močnostni element, ki ga operacijski ojačevalnik krmili, v mojem primeru MOSFET, mora imeti na vratih približno 5V višjo napetost kot na izvoru, kar pa je pri mojem napajalniku izhodna napetost. Temu bi se najlažje izognil z ločenim napajanjem za operacijski ojačevalnik ter ponor MOSFET-a, kar bi tudi izničilo potrebo po preklapljanju med dvema sekundarnima navitjema.
Preprost digitalno krmiljen napajalnik
2016_SE245_59
