LM317 põhinev DIY muutuva lauaga toiteallikas: 13 sammu (piltidega)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-13 06:57

Toiteallikas on vaieldamatult hädavajalik varustus igale elektroonikalaborile või kõigile, kes soovivad teha elektroonikaprojekte, eriti muutuva toiteallikaga. Selles õpetuses näitan teile, kuidas ma ehitasin LM317 lineaarse positiivse regulaatori muutuja 1,2-30 V (1,2 V sisendpingele-2,7 V) toiteallika.

Need on funktsioonid, mida ma soovisin, et mu PSU -l oleks.

• Üks muutuv väljund minimaalse vooluga 2 A.
• Fikseeritud 12 V väljund 2A.
• Fikseeritud 5 V väljund 2 A -ga.
• Fikseeritud 3,3 V väljund 1A.
• Kaks USB -porti 1A telefonide laadimiseks.

Toiteallikas ei kasuta mingeid trafosid, vaid vähendab pidevat sisendpinget vahemikus 15-35 V paljudele erinevatele pingetele väljundis. Nii saate seda seadet toita mis tahes SMPS-iga, mille nimipinge on 15-35 V ja vool 2-5A VÕI trafotoiteallikaga, millel on samad andmed.

1. samm: valmistumine

1. Minge saidile https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download ja laadige alla oma operatsioonisüsteemi jaoks skemaatiline jäädvustustarkvara Eagle.
2. Minge saidile https://www.sketchup.com/download ja laadige alla SketchUpi uusim versioon ning installige see.
3. Leidke hea SMPS, mille pinge on vahemikus 15-36 V VÕI tehke trafopõhine toide, mille väljundpinge on 15-36 V.

2. samm: skemaatiline

Skeem annab teile ülevaate minu plaanist. Kuid see ei olnud mõeldud PCB -faili genereerimiseks, nagu tavaliselt ühekordse disaini jaoks. Nii et ma ei hoolinud komponentide pakettidest. PCB paigutuse loomiseks peate valima õiged paketid. Mõlemal on kolm LM317 -d ja kolm TIP2955 PNP -transistorit. Kõik need LM317 -d vähendavad 36 V sisendit programmeeritud pingetele. U2 väljastab konstantse 12 V, U3 väljastab muutuva pinge ja U1 toodab täiendavat 12 V teiste 5 V ja 3.3 regulaatorite jaoks, et vähendada nende poolt eralduvat soojust.

LM317 võib pakkuda väljundvoolu üle 1,5A. Kuid sel juhul, kui sisend- ja väljundpinged on väga erinevad, peab LM317 liigse võimsuse soojusena hajutama; nii palju soojust. Seega kasutame läbipääsu elemente. Siin olen positiivse poole läbipääsuelemendina kasutanud võimsustransistorit TIP2955. Negatiivse või väljundi poole läbipääsuelemendina võite kasutada TIP3055 või 2N3055. Kuid põhjus, miks ma PNP -d valisin, on see, et need ei muuda väljundpinget nagu NPN -transistorid (väljund on NPN -i kasutamisel +0,7 V kõrgem). PNP transistore kasutatakse läbipääsu elementidena madala väljalangemise ja ülimadala väljalangemise regulaatorites. Kuid neil on mõningaid väljundi stabiilsusega seotud probleeme, mida saab leevendada kondensaatorite lisamisega väljundisse.

2W takistid R5, R7 ja R9 toodavad piisavalt pinget, et aeglustada transistore madalal voolul. 12 V lisaväljund on ühendatud kolme LM2940 ülimadala väljalangemisega 5 V 1A regulaatori sisenditega, millest kahte kasutatakse USB-väljundite jaoks ja teist esipaneeli väljundiks. Üks 5 V väljundist on ühendatud AMS1117 regulaatoriga 3,3 V väljundi jaoks. Nii et see on erinevate regulaatorite seeriavõrk.

Muutuja väljund on võetud U3 -st, nagu on näidatud skemaatiliselt. Kasutasin 5K potentsiomeetrit järjest koos 1K potiga, et väljundpinget jämedalt ja täpselt reguleerida. Esipaneeli pinge kuvamiseks on muutuva väljundiga ühendatud DSN DVM-368 (õpetus minu veebisaidil) voltmeetri moodul. Voltmeetri moodulis tehtavate muudatuste vaatamiseks vaadake jaotist "Juhtmestik". Saate kasutada mis tahes muid V- või A -mooduleid ilma suuremate muudatusteta.

Laadige skemaatika alla suure eraldusvõimega-p.webp

3. samm: SketchUp 3D -mudel

Pistikute, lülitite jms paigutuse planeerimiseks ja MDF -plaadi, alumiiniumkanali jms lõikamiseks õigete mõõtude saamiseks kavandasin esmalt SketchUpis toiteploki 3D -mudeli. Kõik komponendid olid mul juba kaasas. Seega oli mudeli kujundamine lihtne. Kasutasin 6 mm paksust MDF -plaati ja alumiiniumist ekstrusioone (nurk) suurusega 25 mm ja paksusega 2 mm. SketchUpi mudelifaili saate alla laadida, kasutades allolevat linki.

LM317 PSU SketchUp 2014 fail: laadige alla allolev fail. Selle materjali saate tasuta alla laadida, muuta ja levitada.

Samm: koguge tööriistad ja osad

Need on vajalikud materjalid, tööriistad ja komponendid.

PSU kasti jaoks

• MDF -plaat paksusega 6 mm.
• Alumiiniumist nurgelised ekstrusioonid - suurus 25 mm, paksus 2 mm.
• 25 mm masinakruvid, millel on pilu, ümmargune pea ning ühilduvad mutrid ja seibid.
• Akrüül- või ABS-leht paksusega 3-4 mm.
• Vana CPU alumiiniumist jahutusradiaator ja ventilaator.
• PVC jalad suurusega 1,5 cm.
• Matt must pihustusvärv.
• MDF praimer.

Trükkplaadi jaoks,

• 3x TIP2955 (pakend TO-247)
• Vilgukindlad isolaatorid TO-247 transistoridele
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3,3
• 3x 2W, 100 oomi takistid
• 10x 100 nF keraamilised kondensaatorid
• 6x 1N4007 dioodi
• 470 uF, 40 V elektrolüütilised korgid
• 1x 6A4 diood
• 3x 1K takistid
• 3x 200 oomi takistid
• 1x 3-4A kaitsmed ja kaitsmehoidjad
• 100 uF, 10 V elektrolüütilised korgid
• 1x 1K lineaarne potentsiomeeter
• 1x 5K lineaarne potentsiomeeter
• 2x potentsiomeetri nupud
• 2 kontaktiga klemmliistud
• Jahutid TO220 pakettidele
• Jahutusradiaatoripasta
• 4x SPST lülitus-/hooblülitid
• Kaablid ja juhtmed vanadest arvuti toiteallikatest
• Kuumuta kaableid 3 mm ja 5 mm
• Perforeeritud maatriksi PCB
• Meeste nööpnõelad
• 2x naissoost A -tüüpi USB -retseptorid
• 4x kõlaripistikud VÕI 8x sidumispostid
• 1x SPST/DPDT klahvlüliti
• 4x 3mm/5mm LEDid
• 1x DSN-DVM-368 voltmeeter
• 5x naissoost alalisvoolu pistikud (keeratavad)
• Plastist vaheseinad

Tööriistad

• Saagiterad
• Puurimismasin
• Nina mängija
• Erinevat tüüpi failid
• Erinevat tüüpi mutrivõtmed
• Mõõdulint
• Must püsiv CD -marker
• Paljud Philipsi tüübid ja pilukruvikeerajad (ostke komplekt)
• Sissetõmmatav nuga ja terad
• Pöörlev tööriist (pole vajalik, kui teil on oskusi)
• 300 ja 400 liivapaberi liivapaber
• Nipper (vasktraatide jaoks)
• Multimeeter
• Jootekolb
• Jootetraat ja voog
• Traadi eemaldajad
• Pintsetid
• Ja kõik tööriistad, mida leiate.
• Saaste-/tolmumask värvi eest kaitsmiseks.

5. samm: trükkplaadi ehitamine

Lõika perfboard vastavalt oma vajadustele. Seejärel asetage ja jootke komponendid vastavalt skeemile. Ma ei teinud söövitamiseks trükkplaadi faili. Kuid võite kasutada allpool olevat Eagle'i skemaatilist faili, et ise PCB valmistada. Vastasel juhul kasutage oma leidlikkust paigutuste ja marsruutimise planeerimiseks ning kõik kenasti jootmiseks. Peske trükkplaat IPA (isopropüülalkohol) lahusega, et puhastada jootmisjääk.

6. samm: kasti ehitamine

Kõik mõõtmed, millega MDF -plaat, alumiiniumkanalid lõigatakse, aukude mõõtmed, aukude paigutus ja kõik on SketchUpi mudelis. Avage lihtsalt fail SketchUpis. Olen rühmitanud osad kokku, nii et saate mudeli osi hõlpsalt peita ja mõõtmete mõõtmiseks kasutada tööriista Mõõtmine. Kõik mõõtmed on mm või cm. Kasutage aukude puurimiseks 5 mm otsikuid. Kontrollige alati aukude ja muude osade joondamist, et kõik hõlpsasti kokku sobiks. MDF- ja alumiiniumkanalite pinna tasandamiseks kasutage liivapaberit.

Idee karbi ehitamiseks saate pärast 3D -mudeli uurimist. Saate seda vastavalt oma vajadustele muuta. See on koht, kus saate oma loovust ja kujutlusvõimet maksimaalselt kasutada.

Esipaneeli jaoks kasutage akrüül- või ABS -lehte ja lõigake sellesse augud, kasutades laserlõikurit, kui teil on juurdepääs. Kahjuks polnud mul aga lasermasinat ja selle leidmine oleks tüütu ülesanne. Seega otsustasin jääda traditsioonilise lähenemise juurde. Leidsin vanaraua poest plastraamid ja karbid vanadest külmikutest. Tegelikult ostsin need mõistliku hinna eest. Üks sellest raamist oli piisavalt paks ja tasane, et seda saaks kasutada esipaneelina; see ei olnud liiga paks ega liiga õhuke. Lõikasin selle õigete mõõtmistega ning puurisin ja lõikasin sellesse augud, et mahutada kõik lülitid ja väljundühendused. Saag ja puurmasin olid minu peamised tööriistad.

Karbi erilise disaini tõttu võib esipaneeli ülejäänud kasti külge kinnitamisel tekkida probleeme. Liimisin esiosa nurkade taha plastikust ABS -plastikust tükid ja keerasin need otse mutreid vajamata. Peate tegema midagi sellist või midagi paremat.

Jahutusradiaatori jaoks kasutasin ühte vanast protsessori jahutist. Puurisin sinna augud ja kinnitasin nende vahele elektriisolatsiooni eesmärgil kõik kolm läbivat transistorit koos vilgukivi isolaatoritega (SEE ON TÄHTIS!). Mõistes, et jahutusradiaator üksi seda tööd ei teeks, lisasin hiljem jahuti ventilaatori väljastpoolt ja ühendasin selle 12V lisavooluga.

Samm: kasti värvimine

Kõigepealt peate MDF -i lihvima 300 või 400 liivapaberiga. Seejärel kandke õhuke ühtlane puidukrunt või MDF -krunt. Pärast esimese kihi piisavat kuivamist kandke teine kiht. Korrake seda vastavalt oma soovile ja laske sellel 1 või 2 päeva kuivada. Enne värvi pihustamist peate praimerikihi lihvima. Värvimist on lihtne teha pressitud värvipurkide abil.

8. samm: juhtmestik

Kinnitage joodetud plaat alumise lehe keskele ja keerake see väikeste masinakruvide ja nende vahele jäävate kinnitusdetailide abil kinni. Kasutasin juhtmeid vanadest arvuti toiteallikatest, kuna need on hea kvaliteediga. Saate jootma juhtmeid otse plaadile või kasutada pistikuid või tihvtide päiseid. Ma tegin PSU kiirustades, nii et ma ei kasutanud ühtegi pistikut. Kuid on soovitatav kasutada pistikuid igal ajal ja igal pool, et muuta kõik modulaarseks ning hõlpsaks kokkupanekuks ja demonteerimiseks.

Olin juhtmestiku ja esialgse testimise ajal kokku puutunud üsna kummaliste probleemidega. Esimene neist oli väljundi ebastabiilsus. Kuna kasutame PNP -pääsuelemente, võngub väljund, andes arvestile efektiivse alalispinge. Selle probleemi lahendamiseks pidin ühendama kõrge väärtusega elektrolüütkondensaatorid. Järgmine probleem oli väljundpinge erinevus plaadil ja väljundühendustel! Ma ei tea siiani, milles probleem täpselt seisneb, kuid ma lahendasin selle, jootes otse väljundklemmides mõned kõrge väärtusega takistid, 1K, 4,7K jne. Aux 12V ja 12V põhiväljundite programmeerimiseks kasutasin 2K (1K+1K) takisti väärtust.

Vajame muutuva väljundi jaoks ainult DSN-DVM-368 voltmeetrit, kuna kõik muud väljundid on fikseeritud. Kõigepealt tuleb lahti ühendada (TÄHTIS!) Hüppaja (hüppaja 1), nagu on näidatud joonisel, ja seejärel kasutada kolme juhtmest nagu skeemil. Voltmeetri sees on juba 5 V regulaator. 12 V toite otse sellele põhjustab soovimatut kuumutamist. Seega kasutame A80 12V ja voltmeetri Vcc sisendi vahel 7809, 9V regulaatorit. Pidin tegema 7809 "ujuva" komponendi, kuna see lisati pärast plaadi jootmist.

9. samm: testimine

Ühendage SMPS, mille pinge on vahemikus 15-35 V ja voolutugevus vähemalt 2 A, plaadi sisendisse alalisvoolutoru kaudu. Kasutasin 36V 2A SMPS-i, millel oli sisseehitatud ülekoormuskaitse (väljalülitamine). Vt eespool koormustesti mõõtmiste tabelit.

Koormuse reguleerimine siin pole minu kasutatava SMPS -i väljundvõimsuse piirangu tõttu nii hea. See piirab voolu ja väljalülitamist suurte voolude korral. Nii et ma ei saanud ülevoolu teste läbi viia. Kuni 14 V tundus koormuse reguleerimine hea. Kuid üle 15 V seadistatud pinge (#8, #9, #10) väheneb koormuse ühendamisel väljundpinge umbes 15 V -ni püsiva vooluga 3,24 A. Kell 10 on koormatud pinge pool seadistatud pingest 3,24A voolul! Nii tundus, et minu SMPS ei taga piisavalt voolu, et hoida pinget määratud väärtuses. Maksimaalne võimsus, mille suutsin saada, oli #11, 58W. Niisiis, kuni hoiate väljundvoolu madalal, püsib väljundpinge seal, kus see peaks olema. Jälgige alati radiaatori pinget, voolu ja temperatuuri, kuna seal hajub märkimisväärne võimsus.

10. samm: viimistlemine

Kui olete testid lõpetanud, pange kõik kokku ja märgistage esipaneel soovitud viisil. Värvisin esipaneeli hõbedavärviga ja kasutasin asjade märgistamiseks püsimarkerit (mitte kena viis). Panin esiküljele oma esimese Arduinoga saadud DIY kleebise.

Samm: plussid ja miinused

Sellel toiteallika konstruktsioonil on palju eeliseid ja puudusi. Neid tasub alati uurida.

Eelised

• Lihtne projekteerida, ehitada ja muuta, kuna see on lineaarselt reguleeritud toiteallikas.
• Võrreldes tavaliste SMPS -seadmetega on väljundis vähem soovimatuid laineid.
• Toodetakse vähem EM/RF häireid.

Puudused

• Halb kasutegur - suurem osa energiast läheb jahutusradiaatoritena soojuseks raisku.
• Halb koormuse reguleerimine võrreldes SMPS -i toiteploki konstruktsiooniga.
• Suur suurus võrreldes sarnaste võimsusega SMPS -idega.
• Voolu mõõtmine ja piiramine puudub.

12. samm: tõrkeotsing

Digitaalne multimeeter on parim vahend toiteprobleemide lahendamiseks. Enne leivaplaadi jootmist kontrollige kõiki regulaatoreid. Kui teil on kaks DMM -i, on voolu ja pinget võimalik üheaegselt mõõta.

1. Kui väljundis pole toite, kontrollige sisendtihvti, regulaatori sisendpistikute pingeid ja kontrollige, kas PCB -ühendused on õiged.
2. Kui leiate, et väljund võnkub, lisage väljundklemmide lähedusse vähemalt 47uF väärtusega elektrolüütkondensaator. Saate neid joota otse väljundklemmidele.
3. Ärge lühistage väljundeid ega ühendage väljunditega väikese takistusega koormust. See võib põhjustada regulaatorite ebaõnnestumise, kuna meie konstruktsioonis pole voolu piiranguid. Kasutage põhisisendis sobivat väärtuskaitset.

13. samm: täiustused

See on põhiline lineaarne toiteallikas. Nii et saate palju parandada. Ehitasin selle kiiruga, sest mul oli nii hädasti mingit muutuvat toiteallikat vaja. Selle abiga saan tulevikus ehitada parema "täpse digitaalse toiteallika". Siin on mõned viisid, kuidas praegust disaini täiustada,

1. Kasutasime lineaarseid regulaatoreid nagu LM317, LM2940 jne. Nagu ma juba ütlesin, on need nii ebaefektiivsed ja neid ei saa kasutada patareitoitega seadistamiseks. Niisiis, mida saate teha, on leida üks neist odavatest DC-DC buck-moodulitest mis tahes veebipoodidest ja asendada nendega lineaarsed regulaatorid. Need on tõhusamad (> 90%), neil on parem koormuse reguleerimine, suurem vooluvõime, voolu piiramine, lühisekaitse ja kõik. LM2596 on üks sellistest. Buck (samm alla) moodulite peal on täpsuspotentsiomeeter. Saate selle asendada "mitme pöördega potentsiomeetriga" ja kasutada seda esipaneelil tavaliste lineaarsete pottide asemel. See annab teile rohkem kontrolli väljundpinge üle.
2. Oleme siin kasutanud ainult voltmeetrit, nii et oleme pimedaks meie toiteploki tarnitava voolu suhtes. Saadaval on odavad "Pinge ja voolu" mõõtemoodulid. Osta üks ja lisa väljundile, võib iga väljundi kohta olla üks.
3. Meie disainis pole ühtegi praegust piiravat funktsiooni. Nii et proovige seda parandada, lisades praeguse piirava funktsiooni.
4. Kui teie jahutusventilaator on mürarikas, proovige lisada temperatuuritundlik ventilaatori regulaator, millel võib olla kiiruse reguleerimine.
5. Aku laadimisfunktsiooni saab hõlpsasti lisada.
6. Eraldi väljundid LED -testimiseks.

Esimene auhind toitevõistlusel