Привет, я Джованни Аджустатутто, рад приветствовать вас!
Сегодня соберем лабораторный блок питания с регулировкой по напряжению. Кто занимается электроникой, понимает — такой прибор попросту незаменим. Рано или поздно каждый мастер создает для себя подобное устройство. Без него трудно обойтись при сборке электронных схем, когда нужно запитать и протестировать отдельный узел.
Блок позволяет с высокой точностью регулировать постоянное выходное напряжение в диапазоне от 0 до 36 В, а также ограничивает силу потребляемого тока. Все настройки выполняются с помощью ручки-энкодера и кнопок. Дисплей показывает заданное напряжение и ток нагрузки.
Дополнительно оснастим устройство двумя USB-портами. Они очень удобны для питания таких плат, как ESP32 или Arduino, да и вообще часто востребованы.
Об этом проекте есть видео на YouTube-канале. Рассказ ведется на итальянском языке, однако доступны английские субтитры.
Используйте навигацию, если не хотите читать весь текст
→ Компоненты и инструменты
→ Шаг 1. Регулятор напряжения
→ Шаг 2. Печатаем детали на 3D-принтере
→ Шаг 3. Установка регулятора напряжения
→ Шаг 4. Установка USB-портов
→ Шаг 5. Главный выключатель и задняя панель
→ Шаг 6. Подключение регулятора напряжения
→ Шаг 8. Подготовка корпуса
→ Шаг 9. Подключения сетевого напряжения
→ Шаг 10. Закрываем корпус
→ Шаг 11. Тестирование
→ Шаг 12. Готово!
Компоненты и инструменты
Для сборки понадобятся следующие компоненты
Повышающе-понижающий регулятор напряжения до 36 В, 80 Вт, со встроенным вольтметром и амперметром.
Понижающий преобразователь для USB-портов.
Сетевой разъем IEC C14 (стандартный для компьютеров и оргтехники).
Двухполюсный выключатель на 230 В с индикатором.
Блок питания на 19 В от старого ноутбука.
Два однополюсных круглых выключателя.
Два синих светодиода.
Два резистора на 2 кОм.
Два панельных держателя для светодиодов.
Два панельных разъема типа «банан», красный и черный.
Провода для низковольтных соединений.
Провод для подключений к сети.
14 винтов M3x12 мм.
14 гаек M3.
8 вплавляемых резьбовых втулок M3.
Инструменты, без которых не обойтись
3D-принтер с серым и черным PLA-пластиком.
Паяльник.
Термоклей.
Отвертки, плоскогубцы и другие базовые инструменты.
Шаг 1. Регулятор напряжения
Регулятор напряжения понадобится в первую очередь. Именно он обеспечивает главную функцию устройства.
Модуль, который будем использовать, стоит около 15 евро. Внутри — регулятор напряжения с диапазоном 0−36 В и выходной мощностью 80 Вт. Немаловажная встроенная особенность — ограничение по току. На передней части — дисплей. Настройки выполняются достаточно точно с помощью ручки-энкодера и нескольких кнопок.
На задней стороне — две выходные клеммы для подключения нагрузки и две входные, к которым подводится питание самого модуля. В моем случае — это адаптер от старого ноутбука, который выдает напряжение 19 В и ток около 4 А. Впрочем, подойдет любой другой источник на 12 или 24 В, поскольку модуль может не только понижать, но и повышать напряжение.
Не забываем и про USB‑порты. За смешную цену нашлись два преобразователя входного напряжение в 5 В. У каждого порта будет собственный выключатель и светодиод индикации состояния.
Шаг 2. Печатаем детали на 3D-принтере
Итак, все компоненты найдены, приготовлены. Приступаем к сборке. Постараемся уделить внимание не только функциональности, но и эстетике. Для этого придется посвятить какое-то время проектированию корпуса в Fusion 360. Изначально план был сделать его из дерева с алюминиевыми панелями. Однако добиться красивого результата оказалось сложнее, чем ожидалось, и от этой идеи пришлось отказаться.
После переосмысления выяснилось, что лучше все‑таки напечатать все детали на 3D-принтере, используя комбинацию черного и серого PLA-пластика. Такое сочетание придает блоку питания современный и стильный внешний вид.
Необходимые для печати STL-файлы
Из серого пластика делаем переднюю и заднюю панели со всеми необходимыми отверстиями для монтажа компонентов. Также серым печатаем четыре боковые стенки. Черным PLA создаем четыре угловых профиля. В них предусмотрены пазы для соединения боковых стенок с передней и задней панелями. Такие профили значительно упрощают сборку и позволяют закрепить всю конструкцию всего восемью винтами.
Также из черного пластика печатаем две рамки, скрывающие стыки между панелями. В рамках предусмотрены ножки, чтобы приподнять корпус над столом. Кроме того, из черного PLA делаем вентиляционную решетку для отвода тепла от электроники и два держателя для крепления USB-портов к передней панели.
В четыре угловых профиля с обеих сторон устанавливаем вплавляемые резьбовые втулки M3. Они понадобятся для сборки всей конструкции.
Шаг 3. Установка регулятора напряжения
Начинаем сборку нашего блока питания, и первым делом займемся передней панелью. Сначала устанавливаем в нее регулятор напряжения и фиксируем его термоклеем.
Для подключения выходных кабелей «+» и «–» лучше использовать два панельных разъема типа «банан». Их можно просто прикрутить к панели. Под рукой не оказалось подходящих, поэтому пришлось адаптировать разъемы от акустических систем с помощью двух напечатанных деталей. Если кому‑то понравится такое решение — скачайте 3D-файл для адаптера.
Шаг 4. Установка USB-портов
Настал черед USB-портов. Сперва приклеиваем к панели два напечатанных держателя, а затем на них — платы с USB-разъемами. Рядом с портами монтируем выключатели.
Рядом с каждым USB-разъемом устанавливаем светодиод, который будет сигнализировать о подаче питания. Синий цвет кажется самым подходящим. К положительному выводу каждого светодиода подпаиваем резистор на 2 кОм. К резистору и отрицательному выводу припаиваем по проводу. Чтобы закрепить светодиоды на панели, используем два пластиковых держателя.
Шаг 5. Главный выключатель и задняя панель
В завершение на переднюю панель монтируем главный выключатель, который отвечает за обесточивание всего устройства.
На задней же панели с помощью двух винтов и гаек M3 закрепляем входной разъем сетевого питания. Там же, используя четыре винта и гайки M3, устанавливаем напечатанную на 3D-принтере декоративную решетку, которая закроет большое отверстие для отвода тепла от электроники.
Шаг 6. Подключение регулятора напряжения
Можно приступать к электрическим соединения��. Сначала на макетной плате распаиваем разъем типа «бочка». К нему подключим адаптер от ноутбука, который питает всю схему. Таким образом мы получаем центральную точку для распределения питания ко всем компонентам.
Использовался разъем, потому что не хотелось резать кабель от блока питания на случай, если он понадобится для других проектов. Однако если это не проблема, можно подключить его провода напрямую к плате. То же самое относится и к источнику питания с винтовыми клеммами — в этом случае провода просто подключаются к его контактам «+» и «–».
К подготовленной плате припаиваем два отрезка провода большого сечения и подключаем их ко входным клеммам регулятора напряжения. К выходу регулятора подсоединяем еще два провода и припаиваем их к положительному и отрицательному выходным разъемам блока питания.
Схему, по которой выполнялись все подключения, можно скачать.
Шаг 7. Подключение USB-портов
Для подключения USB-портов используем провод меньшего сечения — нагрузка не будет большой. Двумя отрезками кабеля подводим «плюс» от источника питания к двум выключателям, управляющим USB-портами.
К другому контакту каждого выключателя подсоединяем положительный вывод соответствующего светодиода и еще одним отрезком провода — «плюс» модуля с USB-портом. В завершение соединяем отрицательные выводы USB-портов и светодиодов с «минусом» источника питания. Там, где это возможно, защищаем паяные соединения термоусадочной трубкой во избежание коротких замыканий.
Схему, по которой выполнялись все подключения, также можно скачать.
Шаг 8. Подготовка корпуса
Можно начинать сборку корпуса. Прежде всего припаиваем три провода — фазу, ноль и землю — к сетевому разъему на задней панели. В целях безопасности изолируем соединения термоусадочной трубкой.
Затем надеваем черную напечатанную рамку на заднюю панель. С помощью винтов M3 крепим четыре угловых профиля к задней панели и рамке, используя ранее установленные резьбовые втулки. После этого размещаем блок питания на задней панели и фиксируем его кабельными стяжками за крючки, предусмотренные в напечатанной детали.
Шаг 9. Подключения сетевого напряжения
Теперь необходимо выполнить подключения в высоковольтной части схемы, в которую входит сетевой разъем, главный выключатель и блок питания.
Прежде чем продолжить, мы обязаны напомнить: сетевое напряжение 220 В смертельно опасно! При работе необходимо соблюдать предельную осторожность и тщательно изолировать все соединения.
Сначала подключаем провода фазы и ноля от сетевого разъема ко входу главного выключателя, используя обжимные клеммы. К его двум выходным контактам подсоединяем два отрезка провода. Вместе с проводом заземления от входного разъема подключаем их к розетке. В нее вставляем вилку нашего блока питания. Наконец, к выходному разъему адаптера подключаем схему передней панели с помощью разъема, который мы подготовили ранее.
Конечно, такое решение не назовешь изящным — на него пришлось пойти, чтобы сохранить целостность кабеля от адаптера на случай, если он понадобится для чего-то еще в будущем. Как уже отмечалось, если кабель не пригодится и его можно разрезать или используется источник питания с винтовыми клеммами, соединения можно сделать гораздо аккуратнее.
Шаг 10. Закрываем корпус
Аккуратно укладываем провода и фиксируем их кабельными стяжками, после чего завершаем сборку корпуса. В пазы угловых профилей вставляем напечатанные панели четырех боковых стенок.
Размещаем все кабели внутри корпуса и закрываем его передней панелью. Вокруг панели устанавливаем ее напечатанную рамку. В последнюю очередь крепим панель и рамку к остальной конструкции винтами M3.
Шаг 11. Тестирование
Наш лабораторный блок питания готов. Подключаем сетевой шнур к разъему на задней панели и включаем устройство. К выходным разъемам «+» и «–» подсоединяем два кабеля: на одном конце у них штекер «банан», на другом — зажим «крокодил». Так будет удобно подключать нагрузку.
Для проверки устройства можно запитать от него светодиодную лампу на 12 В. Устанавливаем напряжение на дисплее с помощью ручки-энкодера, включаем выход и… и лампа загорается! На дисплее отображается не только заданное напряжение, но и ток, потребляемый лампой. Очень удобно при работе с электронными схемами!
С помощью качественного мультиметра измеряем напряжение на лампе. В моем случае, к немалому удивлению, его показания практически идеально совпали со значениями на дисплее. Ток также измерил — и снова показания на дисплее почти не отличались от данных мультиметра! Так что, несмотря на свою невысокую стоимость, регулятор напряжения достаточно точен для большинства задач.
Функция ограничения выходного тока также работает хорошо — очень полезно для защиты регулятора в случае короткого замыкания на выходных клеммах.
С помощью USB-портов можно как заряжать телефон, так и питать платы вроде Arduino или ESP32. Возможность включать и выключать их отдельными переключателями очень удобна.
Шаг 12. Готово!
В целом,я очень доволен тем, каким получился блок питания — и функционально, и эстетически.
Надеюсь, это руководство было интересным и полезным. Чтобы увидеть больше деталей по этому проекту, посмотрите видео на YouTube-канале.
Ребята, которые воспользовались инструкцией, прислали фотографии своих блоков питания. Видно, что каждый добавил какие‑то свои идеи и у всех получилось отлично!
Удачи!
