منبع تغذیه آزمایشگاهی همه‌کاره با قاب پرینت سه‌بعدی

برای ساخت یه منبع تغذیه آزمایشگاهی، اولین و مهم‌ترین چیزی که نیاز داریم یه مدار تنظیم‌کننده ولتاژه. در واقع این مدار بهمون اجازه می‌ده ولتاژ خروجی رو دقیقا روی عددی که برای مدارمون لازمه تنظیم کنیم. داشتن یه نمایشگر که ولتاژ تنظیمی و جریان مصرفی رو نشون بده هم از واجبات این دستگاهه.

ماژولی که برای این پروژه انتخاب کردیم، یه رگولاتور ولتاژ با قابلیت تنظیم از 0 تا 36 ولت و توان خروجی 80 واته. نکته عالی در مورد این ماژول اینه که قابلیت محدود کردن جریان خروجی (Current Limiting) رو هم داره که برای محافظت از مدارهای تحت تست فوق‌العاده کاربردیه.

پنل جلویی ماژول یه نمایشگر دیجیتال داره که ولتاژ و جریان رو به وضوح نشون می‌ده. با استفاده از ولوم و دکمه‌های روی پنل، می‌تونی تنظیمات رو با دقت بالایی انجام بدی. پشت ماژول هم دو تا ترمینال برای ورودی برق و دو تا ترمینال برای خروجی تعبیه شده.

برای تأمین انرژی اصلی، از آداپتور یه لپ‌تاپ قدیمی با خروجی 19 ولت و جریان حدود 4 آمپر استفاده می‌کنیم. البته هر آداپتور 12 یا 24 ولتی با توان مناسب می‌تونه کار رو راه بندازه، چون ماژول رگولاتور ما از نوع Buck-Boost هست و می‌تونه ولتاژ ورودی رو هم کاهش و هم افزایش بده.

برای اینکه دستگاه کامل‌تری داشته باشیم، می‌خوایم پورت‌های USB هم روی پنل جلویی قرار بدیم. از دو تا ماژول کاهنده کوچیک استفاده می‌کنیم که ولتاژ ورودی رو به 5 ولت استاندارد USB تبدیل می‌کنن. برای هر پورت یه کلید قطع و وصل و یه ال‌ای‌دی نشانگر وضعیت هم در نظر گرفتیم.

حالا که قطعات الکترونیکی آماده‌ست، بریم سراغ ساخت بدنه. تو این پروژه زیبایی و طراحی ظاهری به اندازه عملکرد فنی مهمه. برای همین کل ساختار بدنه تو نرم‌افزار طراحی و مدل‌سازی شده تا یه کیس حرفه‌ای داشته باشیم.

شاید اول به فکر ساخت جعبه چوبی یا پنل‌های آلومینیومی بیفتی، اما درآوردن جای دقیق نمایشگر و پورت‌ها روی این متریال‌ها کار خیلی سختیه و نتیجه معمولا اون‌قدرها تمیز درنمیاد.

بهترین راه‌حل، پرینت سه‌بعدی قطعاته! استفاده از ترکیب فیلامنت PLA مشکی و خاکستری، ظاهر فوق‌العاده شیکی به دستگاه می‌ده. فایل‌های STL مورد نیاز برای پرینت رو تو همین مرحله برات قرار دادیم.

برای پنل‌های جلو و عقب (که جای قطعات روشون دراومده) و 4 تا دیواره کناری، از فیلامنت خاکستری استفاده کن. پروفیل‌های ستونی گوشه‌ها که وظیفه اتصال پنل‌ها به دیواره‌ها رو دارن رو هم با فیلامنت مشکی پرینت بگیر.

این پروفیل‌های گوشه، شیارهایی دارن که دیواره‌ها کشویی داخلشون قرار می‌گیرن و کل فرآیند مونتاژ رو بی‌نهایت ساده می‌کنن؛ طوری که کل بدنه فقط با 8 تا پیچ به هم کلاف می‌شه. دو تا قاب حاشیه مشکی هم برای پنل جلو و عقب پرینت بگیر که پایه‌های دستگاه هم روی همون‌ها طراحی شده و دستگاه رو کمی از روی میز ارتفاع می‌ده.

برای تکمیل کار، شبکه خنک‌کننده پشتی و دو تا هولدر نگه‌دارنده پورت‌های USB رو هم با فیلامنت مشکی پرینت کن. وقتی قطعات پرینت شدن، 8 تا اینسرت (مهره) حرارتی M3 رو با کمک هویه تو سوراخ‌های دو سر پروفیل‌های گوشه جا بزن تا بعدا بتونی راحت پیچ‌ها رو ببندی.

مونتاژ رو از پنل جلویی شروع می‌کنیم. اول ماژول رگولاتور پنلی رو تو بریدگی مستطیلی خودش جا بزن. برای اینکه سر جاش محکم بمونه و تکون نخوره، می‌تونی از پشت چند قطره چسب حرارتی به لبه‌هاش بزنی.

حالا دو تا فیش موزی پنلی (قرمز برای مثبت و مشکی برای منفی) رو تو سوراخ‌های پایین پنل قرار بده و مهره‌هاشون رو از پشت سفت کن. این فیش‌ها خروجی اصلی منبع تغذیه تو خواهند بود.

نوبت به پورت‌های USB می‌رسه. اول هولدرهای پلاستیکی که پرینت گرفتی رو پشت بریدگی‌های USB روی پنل با دقت بچسبون. بعدش بردهای مبدل USB رو روی این هولدرها با چسب فیکس کن. کلیدهای راکر گرد رو هم تو سوراخ‌های کنار پورت‌ها جا بزن (این کلیدها فشاری جا می‌رن و نیازی به چسب ندارن).

برای اینکه وقتی پورت USB روشنه یه فیدبک نوری جذاب داشته باشیم، از ال‌ای‌دی‌های آبی استفاده می‌کنیم. پایه‌های مثبت ال‌ای‌دی‌ها رو کمی کوتاه کن و به هر کدوم یه مقاومت 2 کیلواهم لحیم کن. به سر مقاومت و پایه منفی ال‌ای‌دی سیم لحیم کن تا برای اتصال آماده بشن.

در نهایت، ال‌ای‌دی‌ها رو با استفاده از هولدرهای پلاستیکی تو سوراخ‌های کوچیک روی پنل جا بزن تا ظاهر کار تمیز دربیاد.

کلید راکر بزرگ چراغ‌دار رو تو پنل جلویی جا بزن؛ این کلید وظیفه روشن و خاموش کردن کل دستگاه رو بر عهده داره. حالا برو سراغ پنل پشتی؛ سوکت پاور سه‌پین رو سر جاش قرار بده و با دو تا پیچ و مهره M3 محکمش کن. شبکه خنک‌کننده پرینت‌شده رو هم با چهار تا پیچ و مهره روی خروجی هوای پنل پشتی ببند.

حالا بریم سراغ مغز الکترونیکی دستگاه. برای توزیع برق داخل قاب، یه تکه برد سوراخ‌دار (Perfboard) کوچیک بردار و یه سوکت مادگی آداپتور روش لحیم کن. این برد می‌شه نقطه مرکزی توزیع برق تا بتونیم خروجی آداپتور لپ‌تاپ رو بین قطعات تقسیم کنیم.

استفاده از سوکت مادگی به این دلیله که نخوایم کابل آداپتور لپ‌تاپ رو قطع کنیم تا اگه بعدا بهش نیاز پیدا کردی، کاملا سالم باشه. اما اگه برات مهم نیست یا آداپتوری داری که سر سیم‌هاش لخته، می‌تونی مستقیم سیم‌ها رو به مدار وصل کنی.

حتی اگه از منابع تغذیه سوئیچینگ صنعتی (که ترمینال پیچی دارن) استفاده می‌کنی، کار خیلی راحت‌تره و فقط کافیه سیم‌ها رو زیر ترمینال ببندی.

از پایه‌های برد توزیع کوچیکی که ساختی، دو تا سیم ضخیم بگیر و به ورودی‌های ماژول رگولاتور پنلی وصل کن. برای خروجی هم، دو تا سیم ضخیم از ترمینال‌های خروجی ماژول بگیر و به پایه‌های پشت فیش‌های موزی روی پنل جلو لحیم کن. برای اینکه گیج نشی، می‌تونی دقیقا از روی شماتیک اتصالات که تو عکس‌ها قرار داده شده پیش بری.

برای سیم‌کشی پورت‌های USB می‌تونی از سیم‌های نازک‌تر استفاده کنی چون جریان کمتری قراره ازشون عبور کنه. سیم مثبت رو از همون برد توزیع مرکزی (خروجی آداپتور لپ‌تاپ) بگیر و به یکی از پایه‌های کلیدهای گرد روی پنل وصل کن. از پایه دیگه کلیدها، یه سیم به مقاومت ال‌ای‌دی نشانگر و یه سیم هم به ورودی مثبت ماژول USB بکش.

سیم‌های منفی ماژول‌های USB و پایه‌های منفی ال‌ای‌دی‌ها رو هم به همدیگه و در نهایت به پایه منفی برد توزیع مرکزی وصل کن. برای جلوگیری از اتصالی، روی تمام نقاط لحیم‌کاری شده وارنیش حرارتی بکش. دوباره پیشنهاد می‌کنم نقشه شماتیک رو تو عکس‌ها چک کنی تا همه‌چیز دقیق پیش بره.

حالا کم‌کم باید بدنه رو جمع کنیم. قبل از کلاف کردن بدنه، سه تا سیم (فاز، نول و ارت) رو به پایه‌های سوکت پاور AC روی پنل پشتی لحیم کن و وارنیش بکش. حالا قاب حاشیه مشکی‌رنگ رو دور پنل پشتی قرار بده.

چهار تا پروفیل گوشه رو تو چهار طرف پنل پشتی بذار و با استفاده از پیچ‌های M3 (که داخل اینسرت‌های حرارتی بسته می‌شن)، پروفیل‌ها رو به پنل پشتی و قاب حاشیه محکم کن.

آداپتور لپ‌تاپ رو روی پنل پشتی قرار بده و با استفاده از بست کمربندی و گیره‌هایی که تو پرینت سه‌بعدی پنل تعبیه شده، حسابی محکمش کن تا جابه‌جا نشه.

رسیدیم به حساس‌ترین بخش کار یعنی سیم‌کشی برق 220 ولت. دقت کن که برق شهری به شدت خطرناکه و باید تو این مرحله تمام اتصالات رو با دقت بالا انجام بدی و از وارنیش یا روکش‌های عایق استفاده کنی.

اول سیم‌های فاز و نول که از سوکت پاور پشتی میان رو با استفاده از سرسیم به ورودی‌های کلید راکر اصلی روی پنل جلو وصل کن. از خروجی‌های کلید، فاز و نول رو (به همراه سیم ارت) به دو شاخه یا سوکت ورودی آداپتور لپ‌تاپ هدایت کن. اگه نیاز بود می‌تونی از یه مادگی پریز کوچیک استفاده کنی تا دوشاخه آداپتور راحت داخلش بره.

از طرف خروجی آداپتور لپ‌تاپ هم، فیش آداپتور رو به همون برد توزیع مرکزی که ساختیم متصل کن. این روش باعث می‌شه بدون دستکاری کابل‌های آداپتور، کل سیستم رو راه‌اندازی کنی.

البته اگه همون‌طور که قبلا گفتم کابل آداپتور رو بریده باشی یا از منبع تغذیه فلزی استفاده کنی، سیم‌کشی تو این مرحله خیلی مستقیم‌تر و خلوت‌تر می‌شه.

بعد از اینکه تمام سیم‌ها رو با بست کمربندی مرتب کردی، دیواره‌های کناری رو به صورت کشویی داخل شیارهای پروفیل‌های گوشه هدایت کن. تمام سیم‌کشی‌ها رو با احتیاط داخل محفظه قرار بده و پنل جلویی رو روی کار بذار.

قاب حاشیه مشکی پنل جلو رو دورش بنداز و با بستن پیچ‌های M3، کل ساختار رو به هم کلاف و محکم کن. الان یه جعبه فوق‌العاده مستحکم و شیک داری!

دستگاهت آماده‌ست! کابل برق کامپیوتر رو به سوکت پشت وصل کن و کلید اصلی رو بزن. حالا دو تا کابل که یه سرشون فیش موزی و سر دیگه‌شون گیره سوسماریه رو به ترمینال‌های خروجی پنل جلو وصل کن. با این کابل‌ها می‌تونی برق رو به راحتی به هر مداری که دوست داری منتقل کنی.

برای تست، یه لامپ ال‌ای‌دی 12 ولت رو به گیره‌ها وصل کن. با ولوم روی ماژول، ولتاژ رو تنظیم کن و دکمه خروجی رو بزن تا لامپ روشن بشه. روی نمایشگر می‌تونی هم ولتاژ تنظیم شده و هم مقدار جریانی که لامپ داره مصرف می‌کنه رو ببینی؛ این ویژگی موقع عیب‌یابی مدارها بی‌نهایت به دردت می‌خوره.

اگه خروجی رو با یه مولتی‌متر دقیق اندازه بگیری، می‌بینی که عدد نمایش داده شده روی پنل ماژول، دقت فوق‌العاده خوبی داره و کاملا قابل اعتماده.

در مورد جریان خروجی هم همین‌طوره. با وجود اینکه ماژول قیمت اقتصادی‌ای داره، اما اندازه‌گیری جریانش به قدری دقیقه که برای اکثر کارهای آزمایشگاهی کاملا جوابگوئه.

ویژگی محدودکننده جریان (Current Limit) هم عالی کار می‌کنه و اگه یه وقت سیم‌های خروجی به هم اتصالی کنن، از سوختن ماژول و قطعاتت جلوگیری می‌کنه.

پورت‌های USB هم به راحتی می‌تونن گوشیت رو شارژ کنن یا انرژی بردهایی مثل آردوینو و ESP32 رو تأمین کنن. اینکه برای هر کدوم کلید مجزا گذاشتیم، کار باهاشون رو خیلی راحت‌تر کرده.

این منبع تغذیه هم از نظر فنی و هم از نظر ظاهری یه خروجی بی‌نقص برای میز کارته. دیگه نیازی به گشتن دنبال آداپتورهای مختلف نیست و می‌تونی تمام پروژه‌هات رو به صورت متمرکز و ایمن راه‌اندازی کنی.

امیدوارم از این آموزش آیسی‌مدار لذت برده باشی. حتما این دستگاه جذاب رو بساز و عکسش رو روی میز کارت با ما به اشتراک بگذار. موفق باشی!