Labortápegység II.

 

A labortápegység előző verziója igazából szinte egy az egyben az Urbános (-ként megismert) tápegység volt, én csak kiegészítettem és olyan formátumúvá alakítottam amilyen nekem tetszett. A Labortápegység II azonban már jelentősen módosul és elődjénél gyakorlatilag minden szempontból jobb lesz.

Tápegységekről szóló fórumokat olvasgatva összegyűjtögettem néhány dolgot, amik a labortápegységeket építők körében úgy vettem észre hogy fontos, illetve figyelembe vettem az előző táp visszajelzéseit is. A Labortápegység II áramkört már igyekszem ezek alapján, úgy mond a közkívánat szerint megtervezni. A Kapcsolóüzemű előszabályozós, négydigites labortápegységből, illetve a készülő SMPS Labortápegység III áramkörökből is merítettem egy-két jó dolgot, de igyekszem a Labortápegység II-ben az elődjéhez hasonló egyszerűség megőrzésére, a könnyű utánépíthetőség érdekében. Ennek a labortápnak már nem lesznek beépített panelmérői, és nem is lesz -szokásomhoz híven- két panel az élüknél derékszögben összeforrasztva. Ehhez már vezetékezni kell az (opcionális) panelmérőket illetve a szabályozó potmétereket. Ugyanis ez nagyobb szabadságot ad a dobozolásnál és amúgy is csak én utálom annyira a vezetékeket. :-)



Az áramkör előnyei az előző verzióhoz képest:

- A konstrukció elektronikusan úgy lesz megoldva, hogy nincs feltétlen meghatározva egy maximum feszültség és áram. Ezeket a tápot utánépítő emberke döntheti el azzal, hogy mennyi és milyen alkatrészt ültet be a nyákba. Legfeljebb 6db TO220-as tokozású N-csatornás MOSFET ültethető a panelba az áteresztő fokozatnak.

- A labortáphoz lesz egy opcionálisan megépíthető előszabályozó modul. Ez azonban igen egyszerű működésű, hogy garantáltan ne okozzon gondot a kezdőknek sem. Ugyanis nem kapcsolóüzemű. (És nem is analóg...)

- Az áramkör most már csak 1db segéd trafót (szekunder tekercset) igényel a kettő helyett. Az előszabályozó modul használatával azonban már összesen 4db szekunder tekercs szükséges.

- A maximális teljesítmény az előszabályozó modul használatával: 50V 10A. - A feszültséget és az áramot állító potméterek értéke gyakorlatilag szinte bármekkora lehet. Az utánépítő döntheti el azt is, hogy normál vagy helikális potmétert használ. De a labortápnak van külön csatlakozója 1-1 finomhangoló potméter számára, melynek értéke szintén akármekkora lehet. A durva és a finomhangoló potméterek osztásaránya 1-1db ellenállás cseréjével tetszőlegesen változtatható! Mivel feszültségvezérelt a szabályozó kör, ezért a potmétereken a DC szint a hasznos jelösszetevő. Ezért a potmétereket az utánépítő nyugodtan elvezetheti a labortáp nyákjától ha kedve tartja akár méterekre is, mert nem jelent gondot hogyha összeszed valamiféle zajt a hosszú vezeték (mivel ez a nyákon leszűrődik).

- De ha még ekkora szabadság sem lenne elég: a feszültséget és az áramot állító potméterek csatlakozóira potik helyett külső feszültséget is kapcsolhatunk, így könnyedén megoldható például kettő vagy több labortápegység együttfutása, vagy külső vezérlése mondjuk számítógépről (külön D/A átalakító használatával persze).

- A kimenetet kapcsoló, az áram útját megszakító egyszerű soros kapcsolót elektronikus kapcsolóvá alakítottam. Ennek hála a nagy áramú kapcsolgatások miatt nem fognak 'kopni' a kapcsoló érintkezői.

- A labortápegység beépített hővédelmet kap, így a hűtőborda esetleges túlhevülése esetén a tápegység lekapcsolja a kimenetét.

- Könnyen beszerezhető és helyettesíthető, illetve ahol lehet a legolcsóbb alkatrészeket használtam.

- A nyákon van külön két darab hatpólusú csatlakozó feszültség- és árammérő műszerek fogadására. De ezek használata persze nem kötelező. Vagy akár csak 1db panelmérő is használható, ez esetben egy beiktatott kapcsoló átkapcsolásával megoldható hogy az 1db panelmérő feszültséget és áramot is kijelezzen a kapcsoló állásától függően. Ezeket mind szintén a kedves Utánépítő döntheti el.

- Az áramkorlát értéke már fogyasztó rákapcsolása nélkül is kimutatható és beállítható! Tehát nem kell rövidre zárnunk a labortáp kimenetét ahhoz, hogy lássuk hogy mekkora áramra van beállítva az áramkorlát, csupán elég egy nyomógombot az előlapon megnyomni.

- A labortáp kimenete már négyvezetékes. Ennek hála a kimeneti feszültség mérése illetve szabályozása pontosabb, mivel a dobozolt áramkör kimeneti kapcsaihoz képest történik. (Vagy ahova kötjük.)


Ezt a két táblázatot elsősorban nem tájékoztatásként tettem fel, hanem hogy a tervezés során megkönnyítsem saját magam munkáját.

Minimálisan használandó FET-ek száma az áteresztő fokozatban az elszabályozó modul használata nélkül:
Feszültség Áram
1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A 10A
50V 1db 2db 3db 4db 5db 6db        
40V 1db 2db 3db 3db 4db 5db 6db      
30V 1db 2db 2db 3db 3db 4db 5db 5db 6db 6db

 

Minimálisan használandó FET-ek száma az áteresztő fokozatban az elszabályozó modul használatával:
Feszültség Áram
1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A 10A
50V 1db 1db 2db 2db 3db 3db 4db 4db 5db 5db
40V 1db 1db 2db 2db 2db 3db 3db 3db 4db 4db
30V 1db 1db 1db 2db 2db 2db 2db 3db 3db 3db

 



Az áramkör tervezésekor figyelembe vett szempontok prioritási sorrendben:

1.- Az áramkör legyen könnyen utánépíthető.

2.- Az utánépítő szabadon dönthessen a készülék számos tulajdonságát illetően.

3.- Az áramkör működése legyen egyszerű.

4.- Az áramkör alkatrészköltsége minél alacsonyabb legyen.

5.- A nyomtatott áramkör legyen könnyen elkészíthető és szerelhető.



Szimulátorban már leteszteltem az áramkört (működik!) és a nyákterv is elkészült hozzá, ez így néz ki:

Labortápegység II (11. panelterv)

Labortápegység II előszabályozó modullal

 


 

2010. 06. 26.:

A Labortápegység II. első tesztpéldánya elkészült. Első bekapcsolásra hibátlanul üzemel, csupán pár kisebb méretezési hibát találtam az áramkörben és ezért pár ellenállás értékét meg kellett változtatni. Amiket még le kell tesztelnem a labortápon:

  1. Áramgenerátoros üzem működésének ellenőrzése nagy kimenő áramnál.
  2. Kimeneti zaj vizsgálata üzemmód és terhelés függvényében.
  3. Legkisebb beállítható feszültség és áram érték mérése, ha kell módosítása.
  4. Hővédelem működésének ellenőrzése.
  5. Tranziens viselkedés vizsgálata.
  6. PIC-es panelmérő illesztése a Labortápegység II.-höz.

Ha ezekkel megvagyok akkor dokumentálom és publikálom az áramkört egy igen részletes működési leírással. Utána megépítem és kipróbálom a hozzá tervezett előszabályozó modult, majd megtervezem és elkezdem leprogramozni a Labortápegység II.-höz készülő PIC-es vezérlőmodult. Ugyanis kitaláltam hogy az is lesz hozzá! 4x20-as LCD-n fogja kiírni a feszültséget, áramot, beállított feszültséget és beállított áramot illetve a kimenő teljesítményt és a terhelés ellenállás-értékét. Ja meg persze a hűtőborda hőfokát meg egyéb nyalánkságokat. Azért "vezérlőmodul" lesz a neve mert nem csak mérni fog hanem vezérelni is! Természetesen a szabályozást továbbra is a Labortápegység II. panelján lévő műveleti erősítők fogják elvégezni, de a potenciométerek helyére a PIC18F2423 PWM kimenetei csatlakoznak majd (integráló tagokkal persze). A feszültség ás áram-állítás illetve a menürendszerben való bóklászás rotációs enkóderrel fog történni. Illetve tud még majd ez a vezérlőmodul pár okosságot amit most még nem árulok el...


2011. 01. 05.:

Jelenleg sajnos borzasztó kevés időm van az elektronikával foglalkozni, ezért segítséget kértem Proli007-től hogy segítsen befejezni a Labortápegység II.-t. Ezért a táp jelenleg nála van, jelzem nagyon jó kezekben.  :-)

Közben én pedig elkezdtem a labortáp opcionálisan használható kiegészítő modulját, a PIC-es vezérlőmodult leprogramozni. Ennek első életképes példányáról itt látható egy videó. Persze ez még nagyon-nagyon messze van a véglegestől. Eddig csak a következő funkciókat programoztam le:

- Rotációs enkóder kezelése

- Menürendszer

- LCD kontraszt állítás


2011. 03. 24.:

Végre sikerült befejeznem a Labortápegység II nyáktervét. Nincs benne SMD alkatrész és egyetlen IC-láb közti átvezetés sem, szóval az amatőrök álma lesz!  Végül is a panelt az M20-as műszerdobozba terveztem bele. A távtartók olyan pozíciókban vannak a panelon, hogy az M20-as doboz gyári rögzítő furataihoz csavarozható legyen. A nyák első ránézésre kicsit szedett-vedettnek tűnik, nem igazán látszik ki belőle az átgondoltság. Ezek a kritikák akkor dőlnek össze, amikor három dimenzióban nézzük a panelt. Ugyanis a nyákot úgy terveztem meg, hogy a PIC-es vezérlőmodul a labortáp panelja felett 15mm-rel helyezkedjen el. Így a vezérlőmodul területe alatti részre csak 15mm-nél alacsonyabb alkatrészeket tehettem. Ami ennél magasabb, annak a panel hátulján vagy a két oldalán kell lennie, nagyjából „U”-alakban. Plusz a bordára szerelendő félvezetőknek szépen katonásan, a panel hátulján kell sorakoznia, a csatlakozóknak pedig a panel elején egy vonalban. A vezérlőmodul vezetékek nélkül, WIRE-WRAP-es hüvelysorokkal kapcsolódik a labortáp paneljához. Ilyen megoldást alkalmaztam anno az SMPS labortáp III-nál is a panelmérő résznél.

De nem csak nyákot terveztem; át is alakítottam igen jelentősen a labortáp áramkörét is. Olyannyira, hogy most már akár „Labortápegység III”-nak is lehetne nevezni. Kitaláltam ugyanis egy nagyon innovatív megoldást. Olyat, amihez hasonlót még soha nem láttam a neten. Pár apróbb módosítást is tettem, például kicseréltem a műveleti erősítőket, egyszerűsítettem az alapjel-előállító részt, javítottam a hővédelmen és berajzoltam egy nagyon jó elektronikus és galvanikus(!) lekapcsoló áramkört.

Egy tesztpanelt le is gyártottam, de beültetni még nem volt időm:


2011. 03. 27.:

Még mindig hiányzik pár dolog...

Kattintásra megnő!


2011. 03. 29.:

A hozzászólások közt Bánlaki András nagyon jó kérdéseket tett fel, úgy vélem hogy ezek megválaszolása megér egy külön bejegyzést a cikkben. A hozzászólás:

Szia!

Köszönöm a gyors választ. Nagyon jól néz ki a panel ( Láttam a HE-re is gyorsan feldobtad:-)).

Még egy kérdés ha nem veszed zaklatásnak. Azt ugye már tudjuk, hogy a PIC-es vezérlőmodulnak köszönhetően a vezérlés, kezelés és kijelzés gyakorlatilag minden igényt kielégítő lesz. ( Nem is nagyon tudom innen még hova lehet fejlődni...de biztos vannak ötleteid). De egy labortáp mégis csak a kimeneten mért paraméterei miatt neveződik labortápnak ( erről már többször folyt eszmecsere különböző fórumokon, többek közt Te is bekapcsolódtál. ). Szóval ezen a téren mit vársz tőle? Elméletileg az áteresztőfokozatos működés miatt jobb értékeket kellene produkálnia főleg zaj tekintetében mint a díjnyertes smps tápodnak. Te mit vársz tőle?

Szia!

A szabályozási viselkedése is reményeim szerint jobb lesz. Azért, mert az aktuális verzióban kisebb driftű és offsetű műveleti erősítőket, OPA1013-akat használok. Ez jobb jellemzőkkel bír mint az eddigi két labortápom szabályozóköreiben használt OPA-k. Konkrétan ez abban fog megnyilvánulni, hogy a kimeneti feszültség és áram a kisebb offset miatt az alsó tartományban lineárisabb lesz, nulla Volt vagy Amper esetén pedig jobban megközelíti a nullát. Emellett a kisebb drift miatt kevésbé fog elmászni a kimeneti fesz vagy a kimenő áram a beállítottól. A hőstabilitást szolgálja továbbá, hogy a hasonlóan nagy kimenő áramú SMPS labortápomban 2db párhuzamosan kötött  0,1Ohm 5W-os ellenállást használtam söntnek. Ebben a tápban viszont 3db lesz, így a sönt nem 10W-os hanem 15W-os lesz, ráadásul az eredő ellenállása is kisebb lesz és így kisebb teljesítmény disszipálódik rajta. Magyarul azonos áram mellett kisebb teljesítmény fűti az egyébként nagyobb ellenállás-testet, így jóval kevésbé fog az melegedni és kevésbé mászik el az értéke, ezáltal pedig a mért áram.

A PIC-es vezérlőmodul használata esetén tovább javul a hőfokfüggés, mert ez esetben nem a labortáp panelján lévő TL431 szolgáltatja a referenciát (mint az eddigi két tápomban), hanem a sokkal jobb REF198. A be/kikapcsolási tranziens viselkedése is jobb lesz a tápnak sőt, gyakorlatilag meg is szűnik ez a jelenség. Ugyanis a kimenetet egy relé fogja leválasztani a be és kikapcsolási tranziensek lefutásának idejére, bár szintén csak a vezérlőmodul használata esetén.

A Labortápegység II kimeneti zaja összehasonlíthatatlanul jobb lesz az SMPS labortápétól, mert ebben nem lesz kapcsolóüzemű szabályozás. Teljesen disszipatív lesz és az opcionálisan megépíthető előszabályozó sem fog ezen rontani. Azért nem, mert nem kapcsolóüzemű lesz, hanem a trafó különböző szekunder-tekercseit fogja váltogatni. Persze a hatásfoka disszipatív mivoltából eredően még eme előszabályozó használata esetén sem közelíti majd meg az SMPS labortáp hatásfokát.

Ja és még 2 dolog.
1. Miért FET és nem tranzisztor? Gyorsaság?
2. Annyi gondom van a nyákkal ( az előzővel is pont ez merült fel), hogy a szabványos 19" rack dobozba pont nem fér el a 4 db egymás mellé. De ez tényleg csak kötözködés.

Azért FET, mert azt könnyebb vezérelni. Bipoláris tranzisztoroknál nagy bázisáramokkal kell rugdosni a tranzisztort, FET-nél viszont csak feszültséget kell a gate-re kapcsolni. Emellett a FET-ek sokkal stabilabban, megbízhatóbban működnek „tövig kinyitott” állapotban, mint bipoláris társaik. Ezért a táp kimeneti feszültsége jobban megközelítheti a bemenőt. (A FET is tranzisztor egyébként.)

A Labortápegység II panelja a Lomexben is kapható M20-as fém műszerdobozba lesz beszerelhető, abba terveztem bele (ugyan abba a dobozba mint az SMPS labortápot). Ebbe hátra pont belefér a panel és a műszerdoboz gyári furataihoz pont illeszkednek a nyákon lévő távtartók.

Hozzászólások   

 
#11 Attila 2011-03-29 17:42
András!

Kérdéseidre a cikkben válaszoltam!
 
 
#12 Banlaki Andras 2011-03-29 20:29
Köszönöm.
"FET is tranzisztor egyébként." Köszi...Termész etesen rossz volt a kérdésfeltevése m, a helyes ez lett volna:
Miért FET és miért nem bipoláris tranzisztor.

Köszönöm még egyszer a kielégítő válaszokat, én személyesen nagyon várom hogy elkészüljön. Jó építést és tesztelést.
 
 
#13 Kocsis Gábor 2011-03-30 10:59
Szia Attila.
Azt meg tudod esetleg mondani a transzformátorr al kapcsolatban, hogy szabványos, boltban kapható típus lesz benne, vagy pedig egyedi gyártásúra lesz szükség?
Köszönettel.
 
 
#14 Attila 2011-03-30 11:49
Szia!
Ha az előszabályozót is használni szeretnénk, akkor egyedi gyártású trafó kell hozzá. Ennek négy szekunder tekercsének kell majd lennie, melyből egy a segédtáp, a másik három pedig a főtáp. A három főtáp szekunder közül kettőnek azonos, egynek pedig dupla akkora feszültségűnek kell lennie. (Tehát például 12V, 12V, 24V.)

Ha nem akarjuk az előszabályozó modult használni, akkor elég csak két szekunder tekercs: egy főtáp és egy segédtáp.
 
 
#15 Bánlaki András 2011-07-23 17:58
Szia Attila!

Tudom hogy ilyet nem lehet kérdezni, válaszolni meg pláne nem tudsz rá, de azért mégis megkérdem, hátha...Látsz-e reális esélyt arra, hogy ez a labortáp záros határidőn belül ( mondjuk idén ) elkészül és utánépithető lesz?

Köszönettel
András
 
 
#16 Attila 2011-07-23 18:57
András!

Szerintem idén készen lesz. Most egy-másfél hónapig egy fizetős, nem saját projekten kell dolgoznom teljes erővel, közben pedig szeretném befejezni a Forrasztóállomá s III.-at hogy a fórumtalálkozór a készen legyen. Utána viszont kőkeményen a Labortápegység II jön hogy mihamarabb elkészüljön a vezérlőmodul is. Viszont sajnos hiába lesz készen a Labortáp II, addig nem publikálom míg a vezérlőmodul sincs készen.
 
 
#17 Norbi77 2012-01-31 15:02
Szia

Úgy látom már rég óta nem érdeklődött itt senki a labortáp II után.
Szeretném megkérdezni, most hogyan állsz vele?

Köszi
Norbi77
 
 
#18 zoli 2012-02-10 17:22
Kedves Attila!

Szeretném kérdezni tőled hogy hol tanultál meg ilyen jól elektronikákat tervezni ilyen jól tanították neked szakközépben vagy főiskola/egyete mi éveid során sajátítottad el azért kérdezném tőled mert még nem döntöttem el hova szeretnék is jelentkezni de mivel te ilyen jól képzett vagy és bármit megtennék hogy erre a szintre eljussak amire te elárulnád hol szereztél ekkora tudást bármely városba elmennék?
 

Nincs jogosultságod hozzászólást írni!

Keresés

Saját menü

Szavazás

Melyik kapcsolást szeretnéd hogy mihamarabb elkészüljön?


Forrasztóállomás III. - 26.7%
PIC-es panelmérő III. - 3.2%
PIC-es panelmérő IV. - 1%
PIC-es panelmérő V. - 3.6%
Labortápegység II. - 46.4%
PIC-es vezérlőmodul - 4.1%
Precíziós árammérő - 3.9%

Összes szavazat: 1365
The voting for this poll has ended on: 02 júl. 2015 - 00:00

Szavazás

Hogy tetszik az új oldal?


Fantasztikus! - 50%
Tetszik - 47.5%
Elmegy - 0%
Lehetne jobb is - 2.5%
Pocsék - 0%

Összes szavazat: 40
The voting for this poll has ended on: 09 márc. 2015 - 00:00

Olvasók az oldalon

Oldalainkat 52 vendég és 0 tag böngészi

Online felhasználók

None