Gerilim ve Akım Regülatörlü Güç Kaynağı (0-30 V, 0-8 A)

[guclusat]

eğer pahalı laboratuvar ünitelerinin vaat ettiği gibi, sıfırdan 30 V'a kadar sorunsuz voltaj ayarı ve 8 A'e kadar kaya gibi sağlam akım sınırlaması sağlayan bir tezgah tipi güç kaynağına sahip olmayı hiç arzu ettiyseniz, bu devre tam size göre. Bu devre yapısını sayısız kez kurdum, tamir ettim ve geliştirdim.


Sadece bir güç MOSFET'i (IRF530), bir TL431 hassas referans ve birkaç basit bileşen kullanmasına rağmen, on kat daha pahalı olan birçok ticari üniteden daha iyi performans gösteriyor. Gelin birlikte tezgahın başına oturalım ve size bu tasarımın neden efsanevi olduğunu ve tezgahınızda sonsuza dek kalacak bir tanesini nasıl inşa edeceğinizi göstereyim.

Bu tasarımın neden hala en iyisi olduğu​

Piyasada bulunan çoğu ucuz "0-30 V" kiti, 3-4 A'nın üzerinde korkunç bir şekilde voltaj düşüşü gösterir veya 1,2 V'nin altına inmeyi reddeder. Bu kit ise gerçekten sıfır volta iner ve 8 A'da sorunsuz bir şekilde sabit akım moduna geri döner. Sihir, çift döngülü kontrolündedir:

• TL431 + opto-izolatör ile kaya gibi sağlam voltaj regülasyonu
• Hassas akım sınırlaması için 0,44 Ω şöntü algılayan ikinci bir TL431.
• Gerilim ve akım için tek turlu veya on turlu potansiyometreler — arıza yapabilecek dijital saçmalık yok.

2009'da yaptığım ilkini hala günlük olarak kullanıyorum. Kazara kısa devrelerden, ters kutuplamadan ve hatta ters bağlanmış 24 V'luk bir araba aküsünden bile sağ çıktı. İşte bu tür kurşun geçirmezliği seviyorum.

Devrenin Tam Adım Adım İncelenmesi – Sinyali Takip Edelim​

Güç Yolu​

Soldan +30 V 3 A (veya daha yüksek) ham giriş sağlanır. Bu giriş doğrudan T1 transistörünün drenajına bağlanır; bu transistör bir IRF530 (100 V, 14 A, 0,16 Ω) veya fotoğrafta gösterilen biraz daha dayanıklı IRF9530'dur. Kaynak, büyük bir 8 A sigorta ve 0,44 Ω 50 W şönt direnci (R6) üzerinden çıkışın pozitif terminaline gider. Çıkış boyunca yer alan güçlü bir 10 µF + P1000A diyot (D1), endüktif darbelere ve motorlardan kaynaklanan ters EMF'ye karşı koruma sağlar.

Gerilim Düzenleme Döngüsü​

• 24 kΩ (R1) + 2,2 kΩ (R2) bölücü, maksimum voltajı belirler.
• 10k potansiyometre R7, IC1'in (TL431) referans pinine beslenen 0 V ile ~30 V arasında ayarlanabilir.
• Çıkış voltajı çok yüksek olduğunda, TL431 opto transistörün (TL431 sembolünün içinde yer alan, aslında bu şemalarda yaygın olarak kullanılan TL431 + 4N35 tipi bir opto transistör) LED'inden akım çeker.
• Fototransistör tarafı, R4 (22 Ω) üzerinden T1'in kapısını aşağı çekerek, voltaj tam olarak ayarladığınız değere ulaşana kadar iletimi azaltır.

Akım Sınırlama Döngüsü​

• R6 (0,44 Ω) üzerindeki gerilim düşüşü, R8 (1 kΩ) ve R5 (10 kΩ ayarlanabilir veya sabit) tarafından algılanır.
• Gerilim düşüşü ~0,62 V'a (sabitlendiğinde ≈ 1,4 A, ayarlandığında 8 A'ya kadar) ulaştığında, ikinci TL431 (alttaki) devreye girer ve kapı sürücüsünü BC337 (T2) üzerinden kısa devre yapar.
• T2 transistörü aniden açılır ve kapı yükünü çalar; MOSFET anında geri çekilir ve çıkış akımı, akım potansiyometresiyle ayarladığınız değere düşer. Sorunsuz çalışır.

Küçük Sinyal Hileleri​

• C3 (10 nF) ve R3 (1 kΩ), kararlılık için voltaj döngüsünü biraz yavaşlatır.
• TL431 üzerindeki C1 (100 nF) kondansatörü, RF'nin referanstan uzak tutulmasını sağlar.
• Çıkıştaki C2 (10 µF) kondansatörü, herhangi bir titreşimi sönümler.

Kullandığım parçaların tam listesi (gerçekte kullandıklarım)​

• T1: IRF530N, IRFP450 veya Rds(on) < 0,2 Ω olan herhangi bir 100 V+ MOSFET
• IC1: TL431CLP (TO-92) — dahili opto LED'li olan
• Şönt: 0,44 Ω 50 W alüminyum kaplı (veya paralel bağlanmış dört adet 1,8 Ω 10 W)
• T2: BC337-40 veya herhangi bir küçük NPN
• R6: yukarıya bakın — doğru akım limiti için kritik öneme sahip.
• R7: 10k çok turlu potansiyometre (voltaj)
• R5: 10k çok turlu potansiyometre (akım) veya 2k5 sabit + 5k potansiyometre
• D1: P1000A, P600M veya paralel bağlı iki adet 1N5408
• Fuse: 8–10 Ruh halinize bağlı olarak hızlı veya yavaş
• Soğutucu: sessiz 80 mm'lik bir fanla en az 1 °C/W — MOSFET, 5 V 8 A'de 30-40 W güç tüketecektir.
• Kondansatörler: Çıkışta 10 µF 63 V + ayırma devrelerinde kullanılan 100 nF seramik kondansatörler.
• Panel ölçüm cihazları: uygun fiyatlı 0-30 V / 0-10 A çift dijital modüller, profesyonel görünümlü.

Transformatörü ve soğutucuyu yeniden kullanırsanız toplam maliyet 25 doların altında.

Adım Adım Yapım Kılavuzu (asla başarısız olmayan yöntem)​

1. Kontrol kartıyla başlayın. TL431 + BC337 bölümünün tamamını küçük bir delikli devre kartı üzerine kurun. Önce 12 V'luk bir adaptörle besleyin ve potansiyometre ile 0-30 V arasında 10k'lık bir yükü kontrol edebildiğinizi doğrulayın.
2. MOSFET'i ve şöntü monte edin. IRF530'u mika ve macun kullanarak büyük bir soğutucuya vidalayın. Bağlantı uçlarını kısa tutun. 0,44 Ω şöntü doğrudan kalın bakır tel veya bara lehimleyin.
3. Ham beslemeyi bağlayın. Ben eski bir 24 V 5 A dizüstü bilgisayar adaptörü veya 25 V 200 VA toroidal transformatör + köprü + 10.000 µF kondansatör kullanıyorum. 28-40 V arası herhangi bir ham besleme gerilimi işe yarar.
4. Güç yolunu şu şekilde bağlayın: Ham pozitif → MOSFET drenajı → kaynak → şönt → çıkış pozitif. Bu bağlantıları kalın tutun (ben 2 mm² tel veya çift 18 AWG kullanıyorum).
5. Yavaşça yükseltin. Akım sınırlayıcı bir güç kaynağı veya ham DC beslemesine seri olarak 60 W'lık bir ampul kullanın. Voltaj potansiyometresini minimuma, akım potansiyometresini maksimuma çevirin. 0,00 V görmelisiniz. Voltaj potansiyometresini yavaşça yükseltin; çıkış 30 V'a kadar sorunsuz bir şekilde yükselmelidir.
6. Kalibre et
   • Voltaj: Dijital multimetrenizden bilinen 10,00 V'luk bir voltaj verin ve R7'yi bu voltajla eşleşene kadar ayarlayın.
   • Akım: Çıkışa 3 Ω 200 W'luk bir direnç bağlayın, ampermetreniz tam olarak 8,00 A gösterene ve güç kaynağı düzgün bir şekilde geri dönene kadar akım potansiyometresini ayarlayın.
7. Ölçüm cihazları ve muhafaza ekleyin. Eski bir bilgisayar kasasını delin veya ucuz bir alüminyum kutu satın alın. Bağlantı terminalleri, bir fan ekleyin ve işlem tamam.

Gerçek Dünya Performansı​

MOSFET'i fan yardımıyla 65 °C'de tutarken, saatlerce 30 V 5 A (150 W) akım çekiyorum. 5 V 8 A'de şönt ısınıyor, ancak diğer her şey serin kalıyor. İyi çıkış kapasitörleriyle dalgalanma 20 mV'nin altında. Akım limiti keskin; çıkışı bir tornavidayla kısa devre yapın, ayarladığınız akımda hiçbir kıvılcım veya sorun olmadan sabit kalıyor.

Sık Görülen Arızalar ve Anında Çözümler​

• Salınım veya motor sesi → MOSFET kapısından kaynağına doğrudan 100 nF seramik kapasitör ekleyin
• 8 A'e ulaşılamıyor → şöntünüz 0,44 Ω'dan yüksek veya ham besleme akımı düşüyor
• Voltaj sıfıra düşmüyor → TL431 opto LED ters bağlanmış veya R2 direnci yanlış değerde.
• MOSFET patlıyor → serbest çalışma diyotu D1'i unuttunuz veya onsuz endüktif bir yük kullandınız.

En Sevdiğim Geliştirmeler​

• Daha serin düşük voltajlı çalışma için IRF530'u IRFP250 veya IXYS lineer MOSFET ile değiştirin.
• 0–20 A aralığı için değiştirilebilir ikinci bir şönt pozisyonu (0,1 Ω) ekleyin.
• Dijital okuma için küçük bir mikrodenetleyici + OLED kullanın (ama dürüst olmak gerekirse, analog potansiyometreler daha iyi hissettiriyor).
• Aşırı ısınma veya ters polarite durumunda çıkışı kesen bir röle ekleyin.

Güvenlik Uyarıları (30 V 8 A yangına neden olabileceği için)​

• Negatif çıkış boştadır; motorları test ederken her iki terminali de canlı olarak kabul edin.
• Şöntü ve MOSFET'i, kasaya kısa devre yapmayacak şekilde monte edin.
• Eğer aşırı endişeliyseniz (ben öyleyim), uygun bir şebeke sigortası ve kaçak akım koruma rölesi (GFCI) kullanın.

Nihai Karar​

Bu TL431 + tek MOSFET tasarımı, sadelik ve gerçek performans arasında ideal bir denge sağlıyor. Pahalı prototipleri test ederken güvendiğim güç kaynağı bu çünkü onları koruyacağından eminim. Bir kere kurun, güzelce paketleyin ve çoğu ticari üniteden daha uzun ömürlü olacaktır.