|
Als u met elektrolyse, HF-inductieverwarming, Tesla trafo's of LED-lichtslangen gaat experimenteren hebt u een 12 V voedingsspanning nodig die flink wat vermogen kan produceren. In dit artikel beschrijven wij de zelfbouw van een uiterst goedkope 12 V voeding die niet minder dan 30 A kan leveren. |
Kennismaking met deze zelfbouw voeding
Het eindresultaat
Om maar meteen met de deur in huis te vallen geven wij in de onderstaande foto een idee van het eindresultaat. Of, althans, één van de mogelijke eindresultaten. Want hoewel wij in dit artikel de bouw van ons prototype beschrijven, hopen wij dat u inventief genoeg bent om deze voeding onder te brengen in een behuizing die past bij uw smaak en voorkeur. Wij hebben de elektronica ingebouwd in een profielbehuizing van 18 cm x 13 cm x 27 cm die is samengesteld uit zes vlakke plaatjes en vier aluminium hoekprofielen. Deze snelle manier van zelfbouw van een behuizing hebben wij beschreven in een eigen artikel op dit blog, zie Hobby-lab: profielbehuizingen maken.
Op de frontplaat treft u alleen een analoge voltmeter, een dito ampèremeter, een AAN/UIT-schakelaar, een indicatie-LED en 2 x 3 stekkerbussen aan. Denk er aan dat deze voeding 30 A stroom kan leveren en dat iedere overgangsweerstand, hoe gering ook, voor een flinke opwarming kan zorgen. Vandaar onze keuze voor twee maal drie 4 mm stekkerbussen, zodat u de totale stroomafname eventueel kunt verdelen over diverse uitgangen.
 |
| Het prototype van deze 12 Vdc ~ 30 A voeding. (© 2019 Jos Verstraten) |
Om deze voeding zo goedkoop mogelijk te houden hebben wij flink ingekocht in China, in dit geval bij Banggood. De genoemde prijzen zijn deze van juni 2019.
- 1 x 12 Vdc, 30 A LH-360W voeding voor € 19,89
- 1 x 15 Vdc paneelmeter 85C1-DC15V voor € 2,67
- 1 x 30 Adc paneelmeter 85C1-DC30A voor € 3,83
- 1 x dubbelpolige tuimelschakelaar Wendao 902.576 voor € 1,09
- 3 x set 4 mm stekkerbussen voor € 3,72
In totaal kosten de belangrijkste onderdelen van deze voeding dus slechts iets meer dan dertig euro! Natuurlijk hebt u nog wat klein spul nodig, zoals een kabeldoorvoer, een zekeringhouder, een 3 A zekering, een netsnoer met stekker, vier rubberen voetjes en uiteraard een behuizing. Dat kost ook nog wel wat, maar wij nemen aan dat u het met ons eens bent dat u voor bijzonder weinig geld een prachtige en goed werkende (lees verder) voeding kunt bouwen!
De LH-360W of S-360-12 voeding
Deze zware 12 V voeding wordt op de markt gebracht als voeding voor 12 V LED-verlichting, maar is uiteraard ook voor algemeen gebruik geschikt. De elektronica zit op één print die is ondergebracht in een stevige aluminium behuizing van 21,5 cm x 11,5 cm x 5,0 cm. Aan een smalle kant is een zeer zware connectorlijst aanwezig met in totaal negen contacten, genummerd van 1 tot en met 9. De aansluitcodering is als volgt:
- 1-2-3: positieve 12 Vdc uitgang.
- 4-5-6: negatieve 12 Vdc uitgang.
- 7: aarding.
- 8-9: netspanning.
In de bovenzijde van de behuizing is een flinke ventilator gemonteerd die gaat draaien op het moment dat de voeding wordt belast, al is het maar met één ampère. Zoals uit de onderstaande foto blijkt zijn de gebruikte componenten van uitstekende kwaliteit. Naast de connectorlijst zit een miniatuur instelpotentiometertje waarmee u de uitgangsspanning op exact 12 V kunt afregelen. In de zijkant van de behuizing staat een schuifschakelaar waarmee u de voeding kunt instellen op een netspanning van 110 V of 230 V. Let op de stand van deze schakelaar! In de bodemplaat zijn vier M3 inslagmoertjes aanwezig waarmee u de voeding in uw behuizing kunt bevestigen met vier M3x10 boutjes.
Volgens de specificaties is de voeding bestand tegen kortsluiting en schakelt deze bij overbelasting en oververhitting automatisch uit.
 |
| De interne elektronica van de LH-360W voeding. (© 2019 Jos Verstraten) |
Deze spotgoedkope analoge inbouwmetertjes hebben als algemeen typenummer 85C1 en worden blijkbaar door diverse Chinese fabrikanten gemaakt, want er zijn afwijkende uitvoeringen leverbaar. Het uiterlijk is echter steeds identiek en bestaat uit een wijzerplaat met als afmetingen 64 mm x 56 mm. De meter past in een centraal gat met een diameter van 49 mm. Let er echter op dat dit gat niet precies in het midden van de meter staat, maar dat het middelpunt van dit gat 1,5 mm lager ligt dan het middelpunt van de wijzerschaal. De ampèremeter heeft een grote 'bult' op de achterzijde, waarin de ongetwijfeld uiterst lage shuntweerstand zit die de meter geschikt maakt voor het meten van een stroom van 30 A. Zowel voor de bevestiging als voor de aansluiting zijn M4-boutjes aanwezig. Het noodzakelijke schroefmateriaal wordt uiteraard meegeleverd. Let er op dat geen polariteitsaanduiding aanwezig is. U moet dus even nameten waar de plus en de min van de voltmeter zitten en in welke richting de stroom door de stroommeter moet vloeien.
 |
| De afmetingen van de toegepaste metertjes van het type 85C1. (© 2019 Jos Verstraten) |
In de onderstaande figuur hebben wij een poging gewaagd de noodzakelijke bedrading zo overzichtelijk mogelijk samen te vatten. Maar allereerst een zeer belangrijke opmerking. In het secundaire 12 V circuit kan een stroom lopen van 30 A! Dat is geen kattenpis en u moet goed weten wat u doet. Gebruik in het 12 V circuit uitsluitend soepele bedrading van 1,5 mm2, bijvoorbeeld gesloopt uit een oude drie-aderige netkabel en zorg ervoor dat alle contacten zo min mogelijk overgangsweerstand hebben. Een weerstand van slechts 0,01 Ω veroorzaakt bij 30 A reeds een spanningsval van 0,3 V! De positieve en negatieve uitgangen van de LH-360W voeding staan ter beschikking op 2 x 3 contacten uit de connectorlijst. Het is de bedoeling dat u die ook alle zes gebruikt bij het bedraden van de voeding. Hoe gaat dat? Daar komen wij nog in detail op terug, maar in het onderstaande bedradingsschema wordt al een tip van de sluier opgelicht. U ziet bij de 30 A meter en bij de 2 x 3 stekkerbussen grijze driehoekvormige plaatjes. Die zorgen voor een goede aansluiting van de drie stroomvoerende draden op de onderdelen. De drie negatieve uitgangen van de voeding gaan rechtstreeks met drie draadjes naar de drie zwarte stekkerbussen. De drie positieve uitgangen van de voeding gaan met drie draadjes naar de inkomende aansluiting van de 30 A meter. De uitgaande aansluiting gaat weer met drie draadjes naar de drie rode stekkerbussen. De 15 V meter wordt rechtstreeks verbonden met de plaatjes achter de 2 x 3 stekkerbussen.
Nu de primaire bedrading. De aardingsdraad uit de netkabel (geel/groen) gaat rechtstreeks naar contact 7 van de connectorlijst. In hetzelfde contact schroeft u een tweede draadje dat u soldeert op een soldeerlipje dat u ergens op het chassis van uw behuizing hebt gemonteerd. De fasedraad (bruin) gaat eerst naar de zekeringhouder en vandaar naar een van de contacten van de tuimelschakelaar. De nuldraad (blauw) gaat rechtstreeks naar het tweede contact van de schakelaar. De uitgaande contacten van de schakelaar gaan naar de contacten 8 en 9 van de connectorlijst op de voeding en via twee andere draadjes naar de twee contacten van een 230 V indicatielampje. Dat kan zowel een neonlampje zijn als een moderne LED-indicator met ingebouwde weerstand en diode.
 |
| Het complete bedradingsschema van de voeding. (© 2019 Jos Verstraten) |
Het bouwen van het prototype van de voeding
De frontplaat
Het ontwerpen van een mooie frontplaat is, bij gebrek aan de juiste grafische software, niet voor iedereen weggelegd. In de onderstaande afbeelding geven wij u een voorbeeldje, dat u kunt kopiëren en afdrukken op zelfklevend papier. Doe dat twee keer. De eerste afdruk gebruikt u als boormal, de tweede werkt u af met transparante zelfklevende folie en gebruikt u als definitief ontwerp. Wij kiezen voor een dergelijke klus voor Herma Transparant Labels nummer 4375. De folie langzaam vanuit een smalle kant op het frontplaatje laten zakken en driftig alle luchtbelletjes naar de zijkanten wrijven! Wij gebruiken geen aluminium voor zo'n frontplaat maar epoxy printplaat. Dat materiaal is veel beter en gemakkelijker mechanisch te bewerken en het gaat niet krom staan als u er wat teveel kracht op uitoefent, bijvoorbeeld bij het maken van de twee grote gaten voor de meters.
 |
| Het ontwerp van de frontplaat. (© 2019 Jos Verstraten) |
De ampèremeter heeft twee M4 boutjes voor het opnemen van de meter in de stroomkring. Het is nauwelijks mogelijk om op een fatsoenlijke manier de drie 1,5 mm2 draadjes op deze boutjes te bevestigen. Vandaar dat wij uit een plaatje van 0,5 mm dik gegalvaniseerd ijzer vier contactplaatjes hebben gefabriceerd, die u kunt gebruiken voor het bedraden van de meter en de zes stekkerbussen. In de onderstaande figuur hebben wij deze plaatjes getekend, met hun afmetingen. De kleine gaatjes kunt u gebruiken voor het solderen van de bedrading. De grote gaatjes worden uiteraard gebruikt voor het vastschroeven van de plaatjes op de A-meter en op de 2 x 3 stekkerbussen. Omdat gegalvaniseerd ijzer niet gemakkelijk soldeert doet u er verstandig aan eerst de gaatjes waarin de draadjes komen goed te vertinnen en pas dan de plaatjes op de onderdelen te monteren. Als u een messing of koperen plaatje hebt is dat uiteraard beter!
 |
| De vier contactplaatjes voor de 30 A bedrading. (© 2019 Jos Verstraten) |
In de onderstaande foto geven wij een overzicht in bovenaanzicht van de montage van alle onderdelen op de bodemplaat en het frontpaneeltje. De LH-360W voeding is niet centraal gemonteerd op de bodemplaat, maar aan de rand. Op deze manier ontstaat er naast deze voeding plaats voor een driepolig kroonsteentje, waarmee u de draden die komen van de netkabel en de zekering met het primaire circuit kunt verbinden. Op de foto hebben wij de netkabel rechtstreeks, dus zonder zekering, aangesloten omdat wij de voeding eerst wilden testen alvorens alles in te bouwen in de behuizing.
 |
| Bovenaanzicht van de montage en bedrading van alle onderdelen van de voeding. (© 2019 Jos Verstraten) |
Op de onderstaande foto ziet u de bedrading naar en van de dubbelpolige tuimelschakelaar. Dit model wordt geleverd met vier schroefverbindingen, hetgeen wij niet erg praktisch vinden. Onder de vier schroefjes hebben wij in totaal zes soldeerlipjes aangebracht, waarop de zes draadjes worden gesoldeerd. Als u het netjes en veilig wilt doen moet u de soldeerverbindingen afwerken met stukjes krimpkous, zie het artikel Hobby-lab: werken met krimpkous voor een handleiding hiervoor.
 |
| Het bedraden van de dubbelpolige AAN/UIT-schakelaar. (© 2019 Jos Verstraten) |
Op de onderstaande foto ziet u hoe wij een van de contactplaatjes op de drie zwarte stekkerbussen hebben geschroefd en hierop de drie draadjes hebben gesoldeerd die van de aansluitingen 4-5-6 (negatieve 12 Vdc uitgang) van de voeding komen. De bovenste blauwe draad gaat naar de 15 V meter. Rechtsonder ziet u het soldeerlipje waarmee wij de aarding van de voeding hebben verbonden met de behuizing en de aarding van het netsnoer. Op deze foto ziet u dat wij veerringetjes onder de M4-moertjes hebben toegepast. Dat bleek bij de tests niet zo verstandig, want blijkbaar veroorzaken deze ringetjes tóch een bepaalde niet te verwaarlozen contactweerstand. Bij een belasting met 30 A bleek een en ander flink heet te worden, meer dan 100 °C! Dus hebben wij deze veerringetjes weer verwijderd en het contactplaatje muurvast gemonteerd tussen twee M4-moertjes. Gebruik twee M4 steeksleuteltjes, de ene om het onderste moertje te fixeren en de tweede om het bovenste moertje zo vast mogelijk te draaien. Dit geeft veel minder opwarming en dus blijkbaar ook een kleinere contactweerstand.
 |
| Het bedraden van de drie stekkerbussen van de negatieve uitgang. (© 2019 Jos Verstraten) |
U kunt nu uw voeding desgewenst testen. Als alles naar wens verloopt kunt u de ontbrekende delen van de behuizing maken:
- Twee even grote zijpanelen.
- Het bovenpaneel.
- Het achterpaneel.
In dit laatste komen twee gaten voor de netkabel doorvoer met trekontlasting en de zekeringhouder. In de zijpanelen moet u op de een of andere manier ontluchting aanbrengen. Wij hebben in deze panelen drie grote gaten van 50 mm diameter geboord en daar ventilatieroostertjes over aangebracht. Op deze manier heeft de warme lucht die in de behuizing wordt rondgeblazen door de ventilator een manier om naar buiten te ontsnappen.
Deze vier panelen hebben wij afgewerkt met zelfklevende lichtgrijze vinylfolie. Veel mooier dan schilderen! In ons artikel Hobby-lab: bouw een scheidingstrafo kunt u lezen waar u deze folie kunt bestellen en hoe u ermee om moet gaan.
 |
| Detail van de achterzijde van de behuizing en een van de zijpanelen met ventilatierooster. (© 2019 Jos Verstraten) |
Test van het prototype van de 12 V - 30 A voeding
Instelling van de uitgangsspanning
Met het instelpotentiometertje op de print kunt u de uitgangsspanning instellen tussen 9,75 V en 15,20 V.
Test van de stabiliteit van de uitgangsspanning
Wij hebben het prototype in stappen van 10 A belast tot 30 A en de uitgangsspanning en de rimpel en ruis op de uitgang gemeten met een mV-meter (Philips PM2454). De resultaten ziet u in de onderstaande tabel. Deze zijn zonder meer uitstekend te noemen, zeker als u er rekening mee houdt dat de daling van de uitgangsspanning voor een deel te wijten is aan de spanningsval over de A-meter. Bij een belasting met 30 A bleek over deze meter een spanning van 107 mV te staan.
 |
| De stabiliteit van de uitgangsspanning in functie van de belasting. (© 2019 Jos Verstraten) |
Uit de meetgegevens kunt u gemakkelijk de inwendige weerstand van de voeding berekenen. Als een stroomstijging van 30 A een spanningsdaling van 0,325 V veroorzaakt betekent dit dat de dynamische weerstand van de voeding gelijk is aan slechts 0,01 Ω!
De brom en ruis op de scoop bekeken
De Philips PM2454 is een typische LF-millivoltmeter die de gemiddelde waarde van een wisselspanning weergeeft. Het is interessant om even te onderzoeken hoe die gemeten brom en ruis er werkelijk uitziet. In het onderstaande oscillogram is dit weergegeven met een trage tijdbasis en bij belasting met 30 A. U ziet een combinatie van een LF-rimpel met een frequentie van 100 Hz (de gelijkgerichte netspanning) en een hoogfrequente rimpel. Dit is uiteraard het residu van de chopperfrequentie waarmee deze geschakelde voeding werkt.
 |
| De brom en de ruis op de uitgang bij een belasting met 30 A. (© 2019 Jos Verstraten) |
 |
| Inzoomen op de HF-ruis geeft een chopperfrequentie van meer dan 800 kHz. (© 2019 Jos Verstraten) |
Wij hebben het prototype belast met 30 A en na een uur draaien een en ander gemeten. De resultaten waren zeer overtuigend. De uitgangsspanning was met slechts 36 mV gestegen hetgeen neerkomt op een uitstekende lange termijn stabiliteit. Ook een paar temperatuurmetingen met onze thermokoppel-meter overtuigden ons van de betrouwbaarheid van dit ontwerp:
- Uitstroomlucht ventilator: +36 °C.
- Aansluitklemmen A-meter: +76 °C.
- Contactplaatje stekkerbussen: +48 °C.
Kortom, ook bij langdurige maximale belasting kunt u vertrouwen op de goede werking van deze voeding.
Koop uw Arduino-kits bij Amazon
