LM317 pagrįstas „pasidaryk pats“kintamo maitinimo šaltinis ant stalo: 13 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

Maitinimo šaltinis yra neabejotinai būtina įranga bet kuriai elektronikos laboratorijai ar visiems, kurie nori atlikti elektronikos projektus, ypač kintamo maitinimo šaltinį. Šioje pamokoje aš jums parodysiu, kaip sukūriau LM317 linijinį teigiamą reguliatorių, pagrįstą kintamuoju 1,2-30 V (1,2 V įėjimo įtampa-2,7 V iš tikrųjų) maitinimo šaltinį.

Tai yra savybės, kurių norėjau, kad mano PSU turėtų.

• Vienas kintamasis išėjimas su minimalia 2 A.
• Fiksuotas 12 V išėjimas su 2A.
• Fiksuotas 5 V išėjimas su 2 A.
• Fiksuotas 3,3 V išėjimas su 1A.
• Du USB prievadai telefonams įkrauti 1A.

Maitinimo šaltinis nenaudoja jokio transformatoriaus, o sumažina pastovią įėjimo įtampą 15-35V diapazone iki daugelio skirtingų įtampos išėjimo. Taigi šį įrenginį galite maitinti bet kokiu SMPS, kurio vardinė įtampa yra 15-35 V, o srovė-2-5A ARBA transformatoriaus maitinimo šaltinis su tomis pačiomis specifikacijomis.

1 žingsnis: pasiruošimas

1. Eikite į https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download ir atsisiųskite „Eagle“scheminę fiksavimo programinę įrangą savo operacinei sistemai.
2. Eikite į https://www.sketchup.com/download ir atsisiųskite naujausią „SketchUp“versiją ir ją įdiekite.
3. Raskite gerą SMPS, kurio įtampa yra nuo 15 iki 36 V, arba sukurkite transformatoriaus maitinimą su 15–36 V nuolatinės srovės išėjimo įtampa.

2 žingsnis: schema

Schema suteiks jums supratimą apie mano planą. Tačiau jis nebuvo sukurtas PCB rinkmenai generuoti, kaip paprastai darau savo vienkartiniams dizainams. Taigi man nerūpėjo komponentų paketai. Jei norite sukurti PCB išdėstymą, turite pasirinkti tinkamus paketus. Kiekvienam yra trys LM317 ir trys TIP2955 PNP praeinamieji tranzistoriai. Kiekvienas iš šių LM317 sumažins 36 V įvestį iki užprogramuotos įtampos. U2 išleidžia pastovią 12 V įtampą, U3 - kintamą įtampą, o U1 - papildomą 12 V įtampą kitiems 5 V ir 3.3 reguliatoriams, kad sumažintų jų skleidžiamą šilumą.

LM317 gali suteikti išėjimo srovę, didesnę nei 1,5 A. Tačiau šiuo atveju, esant dideliam įėjimo ir išėjimo įtampos skirtumui, LM317 turės išsklaidyti perteklinę galią kaip šilumą; tiek daug šilumos. Taigi mes naudojame praėjimo elementus. Čia aš naudoju TIP2955 galios tranzistorių kaip teigiamą pusę. Galite naudoti TIP3055 arba 2N3055 kaip praėjimo elementą neigiamoje arba išvesties pusėje. Tačiau priežastis, kodėl pasirinkau PNP, yra ta, kad jie nekeičia išėjimo įtampos, kaip tai darytų NPN tranzistoriai (naudojant NPN išvestis bus +0,7 V didesnė). PNP tranzistoriai naudojami kaip praėjimo elementai mažo iškritimo ir itin žemo iškritimo reguliatoriuose. Tačiau jie turi tam tikrų išėjimo stabilumo problemų, kurias galima sumažinti pridedant prie išvesties kondensatorius.

2W rezistoriai R5, R7 ir R9 sukurs pakankamai įtampos, kad būtų galima pakreipti tranzistorius esant žemai srovei. Pagalbinė 12 V išvestis yra prijungta prie trijų LM2940 ypač žemo išjungimo 5V 1A reguliatorių įėjimų, iš kurių du naudojami USB išvestims, o kitas-priekinio skydelio išėjimui. Vienas iš 5 V išėjimų yra prijungtas prie AMS1117 reguliatoriaus, skirto 3,3 V išėjimui. Taigi tai yra įvairių reguliatorių tinklas.

Kintamasis išėjimas paimtas iš U3, kaip parodyta schemoje. Aš naudoju 5K potenciometrą nuosekliai su 1K puodu, kad būtų galima tiksliai ir tiksliai sureguliuoti išėjimo įtampą. Prie kintamos išvesties prijungtas DSN DVM-368 (pamoka mano svetainėje) voltmetro modulis, rodantis įtampą priekiniame skydelyje. Norėdami pamatyti voltmetro modulio pakeitimus, žr. Skyrių „Elektros instaliacija“. Galite naudoti bet kuriuos kitus V arba A modulius be didelių pakeitimų.

Čia atsisiųskite schemos didelės skiriamosios gebos-p.webp

3 žingsnis: „SketchUp 3D“modelis

Norėdami suplanuoti jungčių, jungiklių ir tt išdėstymą ir gauti teisingus matmenis pjaustyti MDF plokštę, aliuminio kanalą ir pan., Pirmiausia sukūriau „SketchUp“maitinimo bloko 3D modelį. Visus komponentus jau turėjau su savimi. Taigi modelio kūrimas buvo lengvas. Aš naudojau 6 mm storio MDF plokštę ir 25 mm dydžio ir 2 mm storio aliuminio ekstruzijas (kampą). Galite atsisiųsti „SketchUp“modelio failą naudodami toliau pateiktą nuorodą.

LM317 PSU „SketchUp 2014“failas: atsisiųskite žemiau esantį failą. Galite nemokamai atsisiųsti, keisti ir platinti šią medžiagą.

4 žingsnis: Surinkite įrankius ir dalis

Tai reikalingos medžiagos, įrankiai ir komponentai.

Dėl PSU dėžutės,

• MDF plokštės storis 6 mm.
• Aliuminio kampinės ekstruzijos - dydis 25 mm, storis 2 mm.
• 25 mm mašinos varžtai su plyšine, apvalia galvute ir suderinamomis veržlėmis ir poveržlėmis.
• 3-4 mm storio akrilo arba ABS lakštas.
• Senas CPU aliuminio radiatorius ir ventiliatorius.
• 1,5 cm dydžio PVC kojos.
• Matiniai juodi purškiami dažai.
• MDF gruntas.

Dėl plokštės,

• 3x TIP2955 (paketas TO-247)
• Žėručio izoliatoriai, skirti tranzistoriams TO-247
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, 100 omų rezistoriai
• 10x 100 nF keraminiai kondensatoriai
• 6x 1N4007 diodai
• 470 uF, 40 V elektrolitiniai dangteliai
• 1x 6A4 diodas
• 3x 1K rezistoriai
• 3x 200 omų rezistoriai
• 1x 3-4A saugikliai ir saugiklių laikikliai
• 100 uF, 10 V elektrolitiniai dangteliai
• 1x 1K linijinis potenciometras
• 1x 5K linijinis potenciometras
• 2x potenciometro rankenėlės
• 2 kontaktų gnybtų blokai
• Šildytuvai, skirti TO220 paketams
• Šilumos kriauklės pasta
• 4x SPST perjungimo/svirties jungikliai
• Kabeliai ir laidai iš senų kompiuterio maitinimo šaltinių
• Šilumos susitraukimo vamzdžiai 3 mm ir 5 mm
• Perforuota matrica PCB
• Vyrų kaiščių antraštės
• 2x Moteriški A tipo USB receptoriai
• 4x garsiakalbių jungtys ARBA 8x įrišimo stulpai
• 1x SPST/DPDT svirtinis jungiklis
• 4x 3mm/5mm šviesos diodai
• 1x DSN-DVM-368 voltmetras
• 5x moteriškos DC statinės jungtys (prisukamos)
• Plastikinės atramos

Įrankiai

• Pjūklo ašmenys
• Gręžimo mašina
• Nosies grotuvas
• Įvairių tipų failai
• Įvairių tipų veržliarakčiai
• Matavimo juostos
• Juodas nuolatinis CD žymeklis
• Daugybė „Philips“tipų ir atsuktuvų su plyšiais (įsigykite komplektą)
• Ištraukiamas peilis ir ašmenys
• Sukamasis įrankis (nebūtinas, jei turite įgūdžių)
• 300 ir 400 grūdėtumo smėlio popierius
• Gnybtas (variniams laidams)
• Multimetras
• Lituoklis
• Lituoklio viela ir srautas
• Vielos nuėmikliai
• Pincetai
• Ir bet kokį įrankį, kurį galite rasti.
• Užteršimo/dulkių kaukė, apsauganti nuo dažų.

5 žingsnis: grandinės plokštės sukūrimas

Iškirpkite parketlentę pagal savo poreikius. Tada sudėkite ir lituokite komponentus pagal schemą. Aš nesukūriau PCB failo ėsdinimui. Bet jūs galite naudoti toliau pateiktą Eagle scheminį failą, kad galėtumėte savarankiškai pagaminti PCB. Priešingu atveju pasitelkite savo išradingumą, kad suplanuotumėte vietas ir maršrutą bei viską gerai prilituotumėte. Nuplaukite PCB IPA (izopropilo alkoholio) tirpalu, kad išvalytumėte visas litavimo likučius.

6 žingsnis: pastatykite dėžę

Visi matmenys, kuriais reikia pjauti MDF plokštę, aliuminio kanalus, skylių matmenys, skylių išdėstymas ir visi yra „SketchUp“modelyje. Tiesiog atidarykite failą „SketchUp“. Aš sugrupavau dalis, kad galėtumėte lengvai paslėpti modelio dalis ir naudoti matavimo įrankį matams išmatuoti. Visi matmenys yra nurodyti mm arba cm. Skylėms gręžti naudokite 5 mm antgalius. Visada patikrinkite, ar nesutampa skylės ir kitos dalys, kad įsitikintumėte, jog viskas lengvai sutaps. Naudokite smėlio popierių, kad išlygintumėte MDF ir aliuminio kanalų paviršių.

Jūs suprasite, kaip sukurti dėžutę, kai išnagrinėsite 3D modelį. Galite jį pakeisti pagal savo poreikius. Tai vieta, kur galite maksimaliai išnaudoti savo kūrybiškumą ir vaizduotę.

Priekiniame skydelyje naudokite akrilo arba ABS lakštą ir, jei galite prie jo, iškirpkite skylutes lazeriniu pjaustytuvu. Bet, deja, aš neturėjau lazerinio aparato ir jį surasti būtų varginanti užduotis. Taigi nusprendžiau laikytis tradicinio požiūrio. Plastikinius rėmus ir dėžes radau iš senų šaldytuvų iš laužo. Tiesą sakant, aš juos nusipirkau už nepagrįstą kainą. Vienas iš tų rėmų buvo pakankamai storas ir plokščias, kad būtų galima naudoti kaip priekinį skydelį; jis nebuvo nei per storas, nei per plonas. Iškirpau jį teisingai, išgręžiau ir išpjoviau skyles, kad tilptų visi jungikliai ir išvesties jungtys. Pjūklas ir gręžimo mašina buvo mano pagrindiniai įrankiai.

Dėl specifinės dėžutės konstrukcijos gali kilti tam tikrų problemų pritvirtinant priekinį skydelį prie likusio dėžutės. Už priekinių kampų priklijavau plastikinius ABS plastiko gabalus ir prisukau prie jų tiesiai, nereikalaudamas veržlių. Jums reikės padaryti kažką panašaus ar ką nors geresnio.

Šildytuvui naudojau vieną iš seno procesoriaus aušintuvo. Aš gręžiau skylutes ir visus tris tranzistorius su žėručio izoliatoriais (TAI SVARBU!) Tarp jų pritvirtinau elektros izoliacijai. Supratusi, kad vien tik radiatorius to nepadarys, vėliau pridėjau aušinimo ventiliatorių iš radiatoriaus išorės ir prijungiau jį prie papildomo 12 V įtampos.

7 žingsnis: dėžutės dažymas

Pirmiausia turite šlifuoti MDF plokštę 300 arba 400 grūdėtumo švitriniu popieriumi. Tada užtepkite ploną, vienodą medienos grunto arba MDF grunto sluoksnį. Užtepkite kitą sluoksnį po to, kai pirmasis sluoksnis pakankamai išdžiūvo. Pakartokite tai pagal savo reikalavimus ir leiskite išdžiūti 1 ar 2 dienas. Prieš purškdami dažus, turite nušlifuoti grunto sluoksnį. Dažyti lengva naudojant suspaustas dažų skardines.

8 žingsnis: laidų prijungimas

Pritvirtinkite plokštę, kurią litavote, apatinio lakšto centre ir prisukite ją naudodami mažus mašinos varžtus ir atramas tarp jų. Aš naudoju laidus iš senų kompiuterio maitinimo šaltinių, nes jie yra geros kokybės. Galite lituoti laidus tiesiai prie plokštės arba naudoti jungtis arba kaiščių antraštes. PSU gaminau skubėdamas, todėl nenaudojau jokių jungčių. Tačiau rekomenduojama naudoti jungtis, kai tik ir kur tik įmanoma, kad viskas būtų modulinė, ją būtų lengva surinkti ir išardyti.

Elektros instaliacijos ir pirminio bandymo metu susidūriau su gana keistomis problemomis. Pirmasis buvo produkcijos nestabilumas. Kai naudojame PNP praėjimo elementus, išėjimas svyruos, o tai sumažins efektyvią nuolatinės įtampos skaitiklį. Norėdami išspręsti šią problemą, turėjau prijungti didelės vertės elektrolitinius kondensatorius. Kita problema buvo plokštės ir išvesties jungčių išėjimo įtampos skirtumas! Aš vis dar nežinau, kokia yra problema, bet aš tai išsprendžiau lituodamas kai kuriuos didelės vertės rezistorius, 1K, 4,7K ir tt, tiesiai išvesties gnybtuose. Aš naudoju 2K (1K+1K) rezistoriaus vertę, kad užprogramuočiau Aux 12V ir pagrindinius 12V išėjimus.

Mums reikia tik kintamos išvesties DSN-DVM-368 voltmetro, nes visi kiti išėjimai yra fiksuoti. Pirmiausia turite atjungti (SVARBU!) Trumpiklį (trumpiklis 1), kaip parodyta paveikslėlyje, tada naudokite tris laidus, kaip parodyta schemoje. Voltmetro viduje jau yra 5 V reguliatorius. 12V maitinimas tiesiai į jį sukels nepageidaujamą šildymą. Taigi mes naudojame 7809, 9V reguliatorių tarp AUX 12V ir voltmetro įvesties Vcc. Turėjau padaryti 7809 „plaukiojančiu“komponentu, nes jis buvo pridėtas po to, kai lituosiu plokštę.

9 žingsnis: bandymas

Prijunkite SMPS, kurio įtampa yra nuo 15 iki 35 V ir srovė ne mažesnė kaip 2 A, prie plokštės įvesties per nuolatinės srovės statinės lizdą. Naudojau 36V 2A SMPS su įmontuota apsauga nuo per didelės srovės (išjungimas). Žr. Aukščiau apkrovos bandymo matavimų lentelę.

Apkrovos reguliavimas čia nėra toks geras dėl naudojamo SMPS išėjimo galios apribojimo. Tai apribos srovę ir išjungimą esant didelėms srovėms. Taigi negalėjau atlikti viršįtampio srovės bandymų. Iki 14 V apkrovos reguliavimas atrodė gerai. Bet virš 15 V nustatytos įtampos (#8, #9, #10), kai prijungsiu apkrovą, išėjimo įtampa sumažės iki maždaug 15 V, esant pastoviai 3,24 A srovei. Esant #10, pakrauta įtampa yra pusė nustatytos įtampos esant 3,24 A srovei! Taigi atrodė, kad mano SMPS neteikia pakankamai srovės, kad įtampa būtų nustatyta. Didžiausia galia, kurią galėjau gauti, buvo #11, 58W. Taigi, kol išlaikysite žemą išėjimo srovę, išėjimo įtampa išliks ten, kur ji turėtų. Visada stebėkite radiatoriaus įtampą, srovę ir temperatūrą, nes ten bus išsklaidyta daug energijos.

10 žingsnis: Baigimas

Baigę bandymus, surinkite viską ir pažymėkite priekinį skydelį taip, kaip jums patinka. Aš nudažiau priekinį skydelį sidabro dažais ir naudoju nuolatinį žymeklį daiktams žymėti (tai nėra gražus būdas). Priklijavau „pasidaryk pats“lipduką, kurį gavau su savo pirmuoju „Arduino“.

11 žingsnis: pliusai ir minusai

Tokia maitinimo šaltinio konstrukcija turi daug privalumų ir trūkumų. Visada verta juos studijuoti.

Privalumai

• Lengva suprojektuoti, sukurti ir modifikuoti, nes tai yra linijinis reguliuojamas maitinimo šaltinis.
• Mažiau nepageidaujamų virpesių, palyginti su įprastais SMPS įrenginiais.
• Mažiau sukuriami EM/RF trukdžiai.

Trūkumai

• Prastas efektyvumas - dauguma energijos eikvojama kaip šiluma radiatoriuose.
• Prastas apkrovos reguliavimas, palyginti su SMPS maitinimo šaltinio konstrukcija.
• Didelio dydžio, palyginti su panašios galios SMPS.
• Nėra srovės matavimo ar apribojimo.

12 veiksmas: trikčių šalinimas

Skaitmeninis multimetras yra geriausias įrankis elektros energijos tiekimo problemoms spręsti. Prieš litavimą naudodami duonos lentą patikrinkite visus reguliatorius. Jei turite du DMM, galite vienu metu matuoti srovę ir įtampą.

1. Jei išėjime nėra maitinimo, patikrinkite įtampą iš įvesties kaiščio, reguliatoriaus įvesties kaiščių ir dar kartą patikrinkite, ar PCB jungtys yra teisingos.
2. Jei pastebite, kad išėjimas svyruoja, šalia išėjimo gnybtų pridėkite ne mažesnį kaip 47uF elektrolitinį kondensatorių. Juos galite lituoti tiesiai prie išvesties gnybtų.
3. Ne trumpinkite išėjimų ir nejunkite mažos varžos apkrovos prie išėjimų. Dėl to gali sugesti reguliatoriai, nes mūsų konstrukcijoje nėra srovės apribojimų. Prie pagrindinio įėjimo naudokite atitinkamos vertės saugiklį.

13 žingsnis: patobulinimai

Tai yra pagrindinis linijinis maitinimo šaltinis. Taigi jūs galite daug ką patobulinti. Aš tai sukūriau skubotai, nes man taip reikėjo kintamo maitinimo šaltinio. Tai padėdamas ateityje galiu sukurti geresnį „tikslų skaitmeninį maitinimo šaltinį“. Štai keletas būdų, kaip pagerinti dabartinį dizainą,

1. Mes naudojome tiesinius reguliatorius, tokius kaip LM317, LM2940 ir tt Taigi, ką galite padaryti, tai suraskite vieną iš tų pigių DC-DC modulių iš bet kurios internetinės parduotuvės ir pakeiskite tiesinius reguliatorius jais. Jie yra efektyvesni (> 90%), turi geresnį apkrovos reguliavimą, didesnį srovės pajėgumą, srovės ribojimą, apsaugą nuo trumpojo jungimo ir visa kita. LM2596 yra vienas iš tokių. „Buck“(žemyn) modulių viršuje bus tikslus potenciometras. Galite jį pakeisti „kelių posūkių potenciometru“ir naudoti jį priekiniame skydelyje, o ne įprastus tiesinius puodus. Tai leis jums geriau valdyti išėjimo įtampą.
2. Mes čia naudojome tik voltmetrą, todėl esame akli dėl srovės, kurią tiekia mūsų PSU. Yra pigių „Įtampos ir srovės“matavimo modulių. Pirkite vieną ir pridėkite prie produkcijos, gali būti po vieną kiekvienai produkcijai.
3. Mūsų konstrukcijoje nėra dabartinių ribojančių funkcijų. Taigi pabandykite jį patobulinti pridėdami srovės ribojimo funkciją.
4. Jei jūsų radiatoriaus ventiliatorius yra triukšmingas, pabandykite pridėti temperatūrai jautrų ventiliatoriaus valdiklį, kuris gali būti su greičio valdymu.
5. Galima lengvai pridėti akumuliatoriaus įkrovimo funkciją.
6. Atskiri išėjimai LED testavimui.

Pirmasis prizas elektros energijos tiekimo konkurse