Для питания приборов, зарядки аккумуляторов или питания некоторых моих электронных поделок появилась идея собрать регулируемый блок питания. Некоторые электронные компоненты уже были у меня в наличии поэтому приступаю к разработке. Все тонкости расскажу в процессе.
Разработка модели корпуса блока питания.
Для начала нужно определить размеры корпуса, для того чтобы разместить внутри всю начинку. Опытным путем я подобрал внутренний размер корпуса 67х126 мм и толщина стенок корпуса 2 мм. Высота корпуса 60 мм.
Донышко корпуса также толщиной 2 мм.
Внутри по углам добавляю стойки для крепежных винтов. Диаметр отверстий 2 мм под винты 2,5 мм.
Ширину корпуса подбирал под трансформатор питания, который у меня уже был в наличии. Это трансформатор от зарядного устройства аккумуляторов шуруповерта. Выходное напряжение 18V. Шнур питания уже имеется от того же зарядного устройства.
В середине корпуса я разместил направляющие для установки трансформатора и его фиксации в определенном положении.
После этого я также решил продлить направляющие и в вертикальном положении для большей надежности и устойчивости трансформатора поскольку он весьма тяжел.
Плата выпрямителя была вырезана из платы зарядного устройства. На плате были ещё другие компоненты отвечающие за регулировку заряда аккумулятора. Всю лишнюю часть платы я обрезал. В моем проекте это не понадобится. Оставил только выпрямляющий диодный мост, сглаживающий конденсатор и предохранитель.
По размерам вырезанной мной платы создаю на дне корпуса стойки. На эти стойки будет ложиться плата выпрямителя.
Для фиксации платы добавляю крепежную стойку. Достаточно будет одного винта. Плата не будет поворачиваться поскольку будет лежать в рамках крепежных стоек.
А точнее, плата будет лежать в пазах, которые я для неё предусмотрел.
Для выхода питающего напряжения были приобретены на радиорынке обычные разъемы питания. Такие встречаются во множестве бытовой электронной аппаратуры.
Брал парами штекер и гнездо несколько комплектов. Они мне ещё пригодятся в будущих разработках.
В моем блоке питания я решил предусмотреть место для установки выходного гнезда питания. Ему нашлось место на боковой стенке ближе к передней стенке прибора. Создаю небольшую коробочку на стенке по размерам гнезда питания.
Закрываю донышко коробочки.
Для упрощения печати создаю наклонную подпорку с помощью инструмента — фаска.
Для контактов разъема вырезаю прямоугольное отверстие. Таким образом разъем будет просто вставляться в это посадочное место и крепить его нет необходимости.
После этого делаю вырез для кабеля питания прибора.
Мозгом устройства будет служить понижающий преобразователь постоянного напряжения в постоянное напряжение, с возможностью установки максимального напряжения и максимального тока. Это очень популярная плата и она была приобретена мною ранее на AliExpress.
Преобразователь имеет защиту от короткого замыкания на выходе. Этот модуль можно использовать в качестве блока питания, контроллера заряда от солнечной батареи и как зарядное устройство для почти любых типов аккумуляторов.
Характеристики понижающего преобразователя:
| входное напряжение | постоянное напряжение (DC) от 8 до 30 вольт |
| выходное напряжение | DC от 1.25 до 28 вольт, регулируемое (напряжение на входе должно быть больше напряжения на выходе) |
| выходной ток | до 8 А, при токе выше 5 А требуются меры по дополнительному охлаждению |
| защита от короткого замыкания | да |
| Защита от переполюсовки | нет |
| применяемая в преобразователе микросхема | XL4016E1 |
| индикация | на плате имеется двухцветный светодиод, который при наличии выходного тока горит красным цветом, при отсутствии выходного тока (малом токе) горит зеленым цветом. |
| ток холостого хода | примерно 20 миллиампер. |
| направление регулировки потенциометров | по часовой стрелке значение увеличивается, против часовой стрелки значение уменьшается. |
| рабочая температура | от -40 ° c до + 85 ° c |
Для крепления платы преобразователя добавляю в корпусе полочки.
На полочках делаю пазы для вставки самой платы.
Полочки подпираю такими же скошенными фасками как и разъем питания.
На полочках создаю крепежные отверстия. Плата будет прижиматься винтами через фиксаторы, о которых пойдет речь позже.
Кнопками питания я запасся заранее. Купил комплект из 10 штук и ещё 6 осталось для моих поделок. Такую же кнопку я применял, например, в моем проекте Автомат полива цветов.
На передней стенке корпуса вырезаю отверстие для кнопки питания.
Добавляю округление углов корпуса.
Для визуальной примерки всех компонентов я создал их точные макеты. Построение макетов занимает всего несколько минут, зато сразу визуально можно оценить сборку и сделать работу над ошибками ещё до вывода на печать. Первым делом создаю макет силового трансформатора.
Вставляю в сборку корпус и макет трансформатора.
После этого создаю макет платы выпрямителя напряжения.
Вставляю макет в сборку и сразу имею представление о правильности размеров крепежных стоек и совпадении крепежных отверстий.
Для максимальной наглядности я даже сделал макет крепежных винтов.
После этого я создал макет платы преобразователя.
Установил макет в сборку.
Теперь можно приступить к изготовлению фиксаторов для платы преобразователя.
Фиксатор будет прижимать плату двумя стойками, которые я сейчас и добавлю.
Устанавливаю 2 фиксатора по краям платы и «привинчиваю» их.
В этот раз я также решил создать макет кнопки питания.
Вставляю кнопку в корпус на свое место.
Теперь создаю макет гнезда питания.
Вставляю его в корпус на свое место.
Следующая деталь — это крышка прибора. Одним эскизом создаю и геометрию корпуса и расположение крепежных отверстий. Вытягиваю эскиз на высоту 2 мм как и все остальные стенки корпуса.
На крепежных отверстиях добавляю фаски для шляпок винтов.
Для контроля выходного напряжения буду использовать цифровой вольтметр. Несколько таких вольтметров было также приобретено мною ранее на AliExpress.
На крышке прибора размещаю отверстия разной формы для управляющих элементов, разъема питания, табло вольтметра.
Также делаю брендирование крышки. Куда же без него.
С внутренней стороны крышки нужно добавить несколько центрирующих элементов. Например, направляющая для регуляторов платы преобразователя.
Напротив микросхемы на плате преобразователя создаю несколько прорезей для охлаждения микросхемы.
А также создаю прямоугольное отверстие для индикаторов на плате.
После некоторых примерок и раздумий я решил разделить отверстие на три шахты поскольку индикаторов на плате 3 штуки.
Далее я добавил подписи к индикаторам.
OVCUR — индикатор СС перегрузка по току.
OVLD — индикатор зарядки (ток выше заданного)
ON — индикатор питания устройства
Также добавил надписи для регуляторов на плате.
MAXCUR — максимальный ток (ток короткого замыкания)
MAXCHARGECUR — пороговый ток для индикатора заряда
VOLTAGE — напряжение на выходе (без нагрузки)
Добавляю крышку прибора в сборку.
Далее я сделал макет цифрового вольтметра.
И тоже добавил его в сборку. Также «привинтил» крышку прибора виртуальными винтами 🙂
В отверстия для индикаторов я решил вставить прозрачные пластиковые световоды. Макет такого световода я создал ниже на рисунке. В реальности я вырезал световоды из пластикового футляра для карандашных стержней.
Вставляю три световода в общую сборку.
На этом можно считать проектирование моделей законченным. Получилось весьма симпатично, не правда ли?
Подготовка и печать моделей.
Первым делом на печать пойдет корпус как самая габаритная деталь.
Далее на печать ставлю фиксаторы платы преобразователя.
И в последнюю очередь крышка прибора.
Как это было напечатано смотрим на видео.
Сборка блока питания.
На выходе из принтера получился вот такой корпус.
Соединяю компоненты блока питания монтажным проводом.
Устанавливаю в корпус трансформатор и сетевой провод питания. Также устанавливаю на место плату выпрямителя напряжения. Фиксирую плату винтом.
Далее устанавливаю в корпус кнопку питания. После, делаю разрыв провода идущего к трансформатору и в разрыв припаиваю кнопку питания. Изолирую пайку термоусадочной трубкой.
Далее устанавливаю на место плату преобразователя и припаиваю к ней выходной разъем питания, а также цифровой вольтметр. Включаю прибор и проверяю его работу в разных режимах.
Напряжение регулируется, вольтметр измеряет и довольно неплохо. Я проверял тестером и показания весьма точны.
Следующие детали из принтера — это фиксаторы платы преобразователя.
Комплектую фиксаторы крепежными винтами.
После этого устанавливаю фиксаторы на место.
Крышка прибора уже в сборе.
Прозрачные световоды просто вставлены плотно в отверстия и в фиксации не нуждаются. Но я, для верности, капнул на каждый по капле клея.
Вольтметр залит термоклеем и на этом считаю его фиксацию достаточной.
Крышка готова к установке на место.
Привинчиваю крышку винтами и вот он финиш.
Может показаться несколько неудобным крутить регуляторы отверткой. Но я решил оставить так. Это точные многооборотные регуляторы и меня устраивает такая настройка. Точность вольтметра 0,01 вольта.
Параметры печати полного комплекта деталей для всего проекта:
| Суммарный вес готовых деталей (грамм) | 106,81 |
| Время печати (часов:минут) | 8:22 |
| Длина пластикового прутка (мм) | 42312 |
| Температура сопла (градусов С) | 230 |
| Температура стола (градусов С) | 105 |
| Тип пластика | ABS |
| Диаметр сопла (мм) | 0,4 |
| Разрешение печати (микрон) | 250 |
| Заполнение (процентов) | 100 |