LM317 базирано DIY променливо настолно захранване: 13 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

Захранването е безспорно абсолютно необходимо оборудване за всяка лаборатория по електроника или всеки, който иска да прави проекти по електроника, особено променливо захранване. В този урок ще ви покажа как изградих LM317 линеен положителен регулатор, базиран на променлива 1.2-30V (1.2V до входно напрежение-2.7V всъщност) захранване.

Това са функциите, които исках да има моето захранване.

• Един променлив изход с минимален ток 2 A.
• Фиксиран 12 V изход с 2A.
• Фиксиран 5 V изход с 2 A.
• Фиксиран 3.3 V изход с 1A.
• Два USB порта за зареждане на телефони при 1А.

Захранването не използва никакъв трансформатор, а намалява постоянно входно напрежение в диапазона 15-35V до много различни напрежения на изхода. Така че можете да захранвате това устройство от всеки SMPS с номинално напрежение 15-35V и ток 2-5A ИЛИ трансформаторно захранване със същите спецификации.

Стъпка 1: Подготовка

1. Отидете на https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download и изтеглете софтуера за заснемане на схеми на Eagle за вашата операционна система.
2. Отидете на https://www.sketchup.com/download и изтеглете последната версия на SketchUp и я инсталирайте.
3. Намерете добър SMPS с напрежение между 15-36V ИЛИ направете трансформаторно захранване с 15-36V DC изходно напрежение.

Стъпка 2: Схематично

Схемата ще ви даде представа за моя план. Но той не е проектиран да генерира PCB файл, тъй като обикновено перфорирам за моите еднократни дизайни. Така че не ми пукаше за пакетите с компоненти. Трябва да изберете подходящи пакети, ако искате да създадете оформление на печатна платка. Има три LM317 и три TIP2955 PNP транзистора за всеки. Всеки от тези LM317 ще намали 36V входа до програмирани напрежения. U2 ще изведе постоянен 12V, U3 ще изведе променливо напрежение и U1 ще произведе спомагателни 12V за други 5V и 3.3 регулатори, така че да намали разсейваната от тях топлина.

LM317 може да осигури изходен ток над 1,5А. Но в този случай, с голяма разлика във входното и изходното напрежение, LM317 ще трябва да разсейва излишната мощност като топлина; толкова много топлина. Затова използваме пропускащи елементи. Тук използвах TIP2955 захранващ транзистор като преминаващ елемент от положителната страна. Можете да използвате TIP3055 или 2N3055 като преминаващ елемент от отрицателната страна или от изходната страна. Но причината, поради която избрах PNP, е, че те не променят изходното напрежение, както биха направили NPN транзисторите (изходът ще бъде с +0.7V по -висок, когато се използва NPN). PNP транзисторите се използват като преминаващи елементи в регулатори с ниско отпадане и свръхниско отпадане. Но те показват някои проблеми със стабилността на изхода, които могат да бъдат смекчени чрез добавяне на кондензатори на изхода.

2W резисторите R5, R7 и R9 ще произвеждат достатъчно напрежение, за да отклонят преминаващите транзистори при ниски токове. Допълнителният 12V изход е свързан към входовете на три LM2940 ултра-ниско отпадащи 5V 1A регулатора, от които два се използват за USB изходи, а другият е за изход на предния панел. Един от 5V изхода е свързан към AMS1117 регулатор за 3.3V изход. Това е серийна мрежа от различни регулатори.

Променливият изход се взема от U3, както е показано на схемата. Използвах 5K потенциометър последователно с 1K пот, за да има груба и фина настройка на изходното напрежение. DSN DVM-368 (урок на моя уебсайт) волтметров модул е свързан към променливия изход за показване на напрежението на предния панел. Вижте раздела "Окабеляване", за да видите промените, които трябва да бъдат направени в модула на волтметъра. Можете да използвате всякакви други V или A модули без много модификации.

Изтеглете-p.webp

Стъпка 3: SketchUp 3D модел

За да планирам поставянето на съединители, ключове и т.н. и да получа правилни размери за изрязване на MDF плоча, алуминиев канал и т.н., първо проектирах 3D модел на кутията за захранване в SketchUp. Вече имах всички компоненти със себе си. Така че проектирането на модела беше лесно. Използвах MDF плоскост с дебелина 6 мм и алуминиеви екструзии (ъгъл) с размер 25 мм и дебелина 2 мм. Можете да изтеглите файла на модела SketchUp, като използвате връзката по -долу.

LM317 PSU SketchUp 2014 файл: Изтеглете файла по -долу. Вие сте свободни да изтегляте, променяте и разпространявате този материал.

Стъпка 4: Съберете инструменти и части

Това са необходимите материали, инструменти и компоненти.

За кутия за захранване,

• MDF плоскост с дебелина 6 мм.
• Ъглови екструзии от алуминий - размер 25 мм, дебелина 2 мм.
• 25 мм винтове за машини с прорез, кръгла глава и съвместими гайки и шайби.
• Акрилен или ABS лист с дебелина 3-4 мм.
• Стар процесор Алуминиев радиатор и вентилатор.
• PVC крачета с размер 1,5 см.
• Матова черна спрей боя.
• Грунд от MDF.

За платка,

• 3x TIP2955 (пакет TO-247)
• Изолатори от слюда за транзистори TO-247
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, 100 Ohm резистори
• 10x 100 nF керамични кондензатори
• 6x 1N4007 диода
• 470 uF, 40V електролитни капачки
• 1x 6A4 диод
• 3x 1K резистори
• 3x 200 ома резистори
• 1x 3-4A предпазители и държачи за предпазители
• 100 uF, 10V електролитни капачки
• 1x 1K линеен потенциометър
• 1x 5K линеен потенциометър
• 2x копчета за потенциометър
• 2 пинови клеми
• Радиатори за пакети TO220
• Паста за радиатор
• 4x SPST превключвател/лост
• Кабели и проводници от стари захранващи компютри
• Термосвиваеми тръби от 3 мм и 5 мм
• Перфорирана матрична печатна платка
• Заглавки за мъжки щифтове
• 2x женски USB тип A рецептори
• 4x конектора за високоговорители ИЛИ 8x свързващи стойки
• 1x превключвател SPST/DPDT
• 4x 3 мм/5 мм светодиоди
• 1x волтметър DSN-DVM-368
• 5x женски DC барел конектори (завинтващи се)
• Пластмасови противостояния

Инструменти

• Ножове за ножовка
• Пробивна машина
• Плейър за нос
• Различни типове файлове
• Различни видове гаечни ключове
• Ролетка
• Черен постоянен CD маркер
• Много видове Philips и отвертки с отвори (купете комплект)
• Прибиращ се нож и остриета
• Ротационен инструмент (не е необходим, ако имате умения)
• Пясъчна хартия с размер 300 и 400
• Щипка (за медни проводници)
• Мултиметър
• Поялник
• Запояваща тел и поток
• Машини за сваляне на тел
• Пинсети
• И всеки инструмент, който можете да намерите.
• Маска за замърсяване/прах за защита от боя.

Стъпка 5: Изграждане на платка

Нарежете перфорираната дъска според вашите изисквания. След това поставете и запойте компонентите според схемата. Не направих PCB файл за ецване. Но можете да използвате схематичния файл на Eagle по -долу, за да направите печатна платка сами. В противен случай използвайте своята изобретателност, за да планирате разположенията и маршрутизирането и да запоявате всичко добре. Измийте платката с разтвор на IPA (изопропилов алкохол), за да почистите всички остатъци от спойка.

Стъпка 6: Изграждане на кутията

Всички размери, с които MDF плоскостта, алуминиевите канали трябва да бъдат изрязани, размерите на отворите, разположението на отворите и всички са в модела SketchUp. Просто отворете файла в SketchUp. Аз съм групирал части заедно, така че можете лесно да скриете части от модела и да използвате инструмента за измерване, за да измерите размерите. Всички размери са в мм или см. Използвайте 5 мм битове за пробиване на отвори. Винаги проверявайте за подравняване на дупки и други части, за да сте сигурни, че всичко лесно ще съвпадне. Използвайте шкурка, за да изгладите повърхността на MDF и алуминиеви канали.

Ще разберете как да изградите кутията, след като разгледате 3D модела. Можете да го промените според вашите нужди. Това е място, където можете да използвате творчеството и въображението си максимално.

За предния панел използвайте акрилен или ABS лист и изрежете дупки в него с помощта на лазерен нож, ако имате достъп до такъв. Но за съжаление нямах лазерна машина и намирането на такава щеше да е досадна задача. Затова реших да се придържам към традиционния подход. Намерих пластмасови рамки и кутии от стари хладилници от магазин за скрап. Всъщност ги купих на неразумна цена. Едната рамка беше достатъчно дебела и плоска, за да се използва като преден панел; не беше нито дебел, нито твърде тънък. Нарязах го с правилни измервания и пробих и изрязах дупки в него, за да побере всички ключове и изходни конектори. Ножовка и пробивна машина бяха основните ми инструменти.

Поради специфичния дизайн на кутията, може да се сблъскате с някакъв проблем при закрепването на предния панел към останалата част на кутията. Залепих пластмасови парчета от ABS пластмаса зад ъглите, обърнати отпред и ги завинтвах директно, без да се нуждая от гайки. Ще трябва да направите нещо подобно или нещо по -добро.

За радиатора използвах такъв от стар охладител на процесора. Пробих дупки в него и прикрепих и трите проходни транзистора със слюдени изолатори (ТОВА Е ВАЖНО!) Между тях за електрическа изолация. Осъзнавайки, че радиаторът сам по себе си няма да свърши работа, по -късно добавих охлаждащ вентилатор от външната страна на радиатора и го свързах с допълнителния 12V.

Стъпка 7: Боядисване на кутията

Първо трябва да шлайфате MDF с шкурка с размер 300 или 400. След това нанесете тънък, равномерен слой грунд за дърво или грунд от MDF. Нанесете друг слой, след като първият слой е достатъчно изсъхнал. Повторете това според вашите изисквания и оставете да изсъхне за 1 или 2 дни. Преди да напръскате боята, трябва да шлайфате грунда. Боядисването е лесно с помощта на компресирани кутии за боя.

Стъпка 8: Окабеляване

Закрепете дъската, която сте запоили в центъра на долния лист и я завийте с помощта на малки машинни винтове и стойки между тях. Използвах проводници от стари компютърни захранвания, тъй като те са с добро качество. Можете или да запоите проводници директно към платката или да използвате конектори или щифтове. Направих PSU набързо, така че не използвах никакви конектори. Но се препоръчва да използвате съединители, когато и където е възможно, за да направите всичко модулно и лесно за сглобяване и разглобяване.

Бях срещнал някои доста странни проблеми по време на окабеляването и първоначалното тестване. Първият беше нестабилността на продукцията. Тъй като използваме PNP преминаващи елементи, изходът ще се колебае, давайки намалено ефективно DC напрежение на измервателния уред. Трябваше да свържа електролитни кондензатори с висока стойност, за да отстраня този проблем. Следващият проблем беше разликата в изходното напрежение на платката и на изходните конектори! Все още не знам какъв точно е проблемът, но реших това чрез запояване на някои резистори с висока стойност, 1K, 4.7K и т.н., директно на изходните терминали. Използвах 2K (1K+1K) стойност на резистора за програмиране на Aux 12V и основните 12V изходи.

Нуждаем се само от волтметър DSN-DVM-368 за променливия изход, тъй като всички други изходи са фиксирани. Първо трябва да изключите (ВАЖНО!) Джъмпера (Jumper 1), както е показано на фигурата, след това използвайте трите проводника, както е на схемата. Волтметърът вече има 5V регулатор вътре. Захранването 12V директно към него ще причини нежелано нагряване. Затова използваме регулатор 7809, 9V между AUX 12V и Vcc входа на волтметъра. Трябваше да направя 7809 „плаващ“компонент, тъй като беше добавен, след като запоя дъската.

Стъпка 9: Тестване

Свържете SMPS с номинално напрежение между 15-35V и ток от минимум 2А, към входа на платката през жак за постоянен ток. Използвах 36V 2A SMPS с вградена защита от претоварване (изключване). Вижте таблицата с измерванията от изпитването на натоварване.

Регулирането на натоварването тук не е толкова добро поради ограничението на изходната мощност на SMPS, който използвам. Това ще ограничи тока и изключването при високи токове. Така че не можех да провеждам тестове за пренапрежение. До 14V регулирането на натоварването изглеждаше добро. Но над 15V зададено напрежение (#8, #9, #10), когато свържа товара, изходното напрежение ще намалее до около 15V с постоянен ток 3.24A. При #10, натовареното напрежение е половината от зададеното напрежение при ток 3.24A! Така че изглеждаше, че моят SMPS не осигурява достатъчно ток, за да поддържа напрежението на зададеното. Максималната мощност, която успях да получа, беше #11, 58W. Така че, докато поддържате ниския изходен ток, изходното напрежение ще остане там, където трябва. Винаги следете напрежението, тока и температурата на радиатора, тъй като там ще се разсее значително количество енергия.

Стъпка 10: Завършване

След като приключите с тестовете, сглобете всичко и маркирайте предния панел така, както ви харесва. Нарисувах предния панел със сребърна боя и използвах постоянен маркер за етикетиране на нещата (не е хубав начин да се направи). Сложих стикер DIY, който получих с първия си Arduino, отпред.

Стъпка 11: Плюсове и минуси

При този дизайн на захранването има много предимства и недостатъци. Винаги си струва да ги изучавате.

Предимства

• Лесен за проектиране, изграждане и модифициране, тъй като е линейно регулирано захранване.
• По -малко нежелани вълни на изхода в сравнение с обикновените SMPS единици.
• По -малко EM/RF смущения.

Недостатъци

• Лоша ефективност - по -голямата част от мощността се губи като топлина в радиаторите.
• Лошо регулиране на натоварването в сравнение със захранването на SMPS.
• Големи по размер в сравнение с SMPS с подобна мощност.
• Няма измерване на ток или ограничаване.

Стъпка 12: Отстраняване на неизправности

Цифровият мултицет е най -добрият инструмент за отстраняване на проблеми с захранването. Проверете всички регулатори преди запояване с помощта на макет. Ако имате два DMM, тогава е възможно да измервате тока и напрежението едновременно.

1. Ако няма захранване на изхода, проверете напреженията от входния щифт, от входните щифтове на регулатора и проверете отново дали връзките на печатната платка са правилни.
2. Ако установите, че изходът е осцилиращ, добавете електролитен кондензатор на стойност не по -малка от 47uF близо до изходните клеми. Можете да ги запоявате директно към изходните клеми.
3. Не съкращавайте изходите и не свързвайте ниско импедансно натоварване към изходите. Това може да доведе до отказ на регулаторите, тъй като в нашия дизайн няма ограничение на тока. Използвайте предпазител с подходяща стойност на главния вход.

Стъпка 13: Подобрения

Това е основно линейно захранване. Така че има много неща, които можете да подобрите. Изградих това набързо, защото имах нужда от някакво променливо захранване толкова много. С помощта на това мога да изградя по -добро "Прецизно цифрово захранване" в бъдеще. Ето няколко начина, по които можете да подобрите сегашния дизайн,

1. Използвахме линейни регулатори като LM317, LM2940 и др. Както казах преди, те са толкова неефективни и не могат да се използват за настройка на батерии. И така, това, което можете да направите, е да намерите един от онези евтини DC-DC модули от всеки онлайн магазин и да замените линейните регулатори с тях. Те са по -ефективни (> 90%), имат по -добро регулиране на натоварването, повече възможности за ток, ограничаване на тока, защита от късо съединение и всичко останало. LM2596 е един от този вид. Модулите на долар (стъпка надолу) ще имат прецизен потенциометър отгоре. Можете да го замените с "многооборотен потенциометър" и да го използвате на предния панел вместо нормални линейни саксии. Това ще ви даде по -голям контрол върху изходното напрежение.
2. Тук сме използвали само волтметър, така че сме слепи за тока, който захранва захранването ни. Налични са евтини измервателни модули "Напрежение и ток". Купете един и добавете към изхода, може да бъде един за всеки изход.
3. В нашия дизайн няма ограничаващи функции. Така че опитайте да го подобрите, като добавите текуща ограничаваща функция.
4. Ако вашият радиатор е шумен, опитайте да добавите чувствителен към температурата контролер на вентилатора, който може да е с контрол на скоростта.
5. Лесно може да се добави функция за зареждане на батерията.
6. Отделни изходи за LED тестване.

Първа награда в конкурса за захранване