LM317 -gebaseerde DIY -veranderlike bankvoeding: 13 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

'N Kragtoevoer is ongetwyfeld 'n absoluut noodsaaklike toerusting vir enige elektroniese laboratorium of vir almal wat elektroniese projekte wil uitvoer, veral 'n veranderlike kragbron. In hierdie handleiding sal ek jou wys hoe ek 'n LM317 lineêre positiewe reguleerder gebaseerde veranderlike 1.2-30V (1.2V tot insetspanning-2.7V eintlik) kragbron gebou het.

Dit is die funksies wat ek wou hê dat my PSU moet hê.

• Een veranderlike uitset met minimum stroom 2 A.
• Vaste 12 V -uitgang met 2A.
• Vaste 5 V -uitgang met 2 A.
• Vaste 3.3 V -uitgang met 1A.
• Twee USB -poorte vir die laai van telefone op 1A.

Die kragtoevoer gebruik geen transformator nie, dit verminder die konstante insetspanning in die reeks van 15-35V tot baie verskillende spannings by die uitset. U kan hierdie eenheid dus van enige SMPS met 'n nominale spanning van 15-35V en stroom 2-5A OF 'n transformatorvoeding met dieselfde spesifikasies voorsien.

Stap 1: Maak gereed

1. Gaan na https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download en laai Eagle-skematiese opnamesagteware vir u bedryfstelsel af.
2. Gaan na https://www.sketchup.com/download en laai die nuutste weergawe van SketchUp af en installeer dit.
3. Soek 'n goeie SMPS met 'n spanning tussen 15-36V OF maak 'n transformator-gebaseerde toevoer met 15-36V DC uitgangsspanning.

Stap 2: Skematiese

Die skema gee u 'n insig in my plan. Maar dit was nie bedoel om 'n PCB -lêer te genereer nie, aangesien ek gewoonlik vir my eenmalige ontwerpe voorberei het. Ek het dus nie omgegee oor die komponentpakkette nie. U moet die regte pakkette kies as u 'n PCB -uitleg wil skep. Daar is drie LM317's en drie TIP2955 PNP -slaartransistors vir elk. Elkeen van die LM317's verminder die inset van 36V tot geprogrammeerde spannings. U2 sal 'n konstante 12V lewer, U3 sal 'n veranderlike spanning lewer en U1 sal 'n hulp 12V vir ander 5V- en 3.3 -reguleerders produseer om die hitte wat deur hulle afgeneem word, te verminder.

LM317 kan uitsetstroom van meer as 1,5A lewer. Maar in hierdie geval, met 'n groot verskil in inset- en uitgangsspannings, sal LM317 die oortollige krag as hitte moet afvoer; soveel hitte. Ons gebruik dus slaag -elemente. Hier het ek TIP2955 -kragtransistor as deurlaatelement aan die positiewe kant gebruik. U kan TIP3055 of 2N3055 as deurlaatelement aan die negatiewe kant of aan die uitsetkant gebruik. Maar die rede waarom ek PNP gekies het, is omdat hulle nie die uitsetspanning verander soos NPN -transistors sou doen nie (uitset sal +0.7V hoër wees as NPN gebruik word). PNP-transistors word gebruik as deurlaatelemente in lae-uitval- en ultra-lae-uitvalreguleerders. Maar hulle vertoon 'n paar probleme met die uitsetstabiliteit, wat verminder kan word deur die toevoeging van kapasitors aan die uitvoer.

Die 2W -weerstande R5, R7 en R9 sal genoeg spanning produseer om die deurgangstransistors teen lae strome te verlig. Die hulp-12V-uitset is gekoppel aan insette van drie LM2940 ultra-lae uitval 5V 1A-reguleerders, waarvan twee vir USB-uitsette gebruik word en die ander vir uitset op die voorpaneel. Een van die 5V -uitgang is gekoppel aan 'n AMS1117 -reguleerder vir 3.3V -uitset. Dit is dus 'n reeks netwerk van verskillende reguleerders.

Die veranderlike uitset word geneem uit U3 soos getoon in die skematiese. Ek het 'n 5K potensiometer in serie met 'n 1K -pot gebruik om die uitgangsspanning grof en fyn aan te pas. 'N DSN DVM-368 (tutoriaal op my webwerf) voltmeter module is gekoppel aan die veranderlike uitset om die spanning op die voorpaneel te vertoon. Sien die afdeling "Bedrading" om die veranderinge aan die voltmetermodule te sien. U kan enige ander V- of A -modules sonder veel wysigings gebruik.

Laai die-p.webp

Stap 3: SketchUp 3D -model

Ek het eers 'n 3D -model van die PSU -boks in SketchUp ontwerp om die plasing van verbindings, skakelaars ens te beplan en om die korrekte afmetings vir MDF -bord, aluminiumkanaal ens te kry. Ek het al die komponente by my gehad. Die ontwerp van die model was dus maklik. Ek het 'n MDF -plaat met 'n dikte van 6 mm en 'n aluminiumprofiel (hoek) van 25 mm en 2 mm dik gebruik. U kan die SketchUp -modellêer aflaai met die onderstaande skakel.

LM317 PSU SketchUp 2014 -lêer: Laai die onderstaande lêer af. U kan hierdie materiaal gratis aflaai, verander en herversprei.

Stap 4: Versamel gereedskap en onderdele

Dit is die materiaal, gereedskap en komponente wat benodig word.

Vir PSU -boks,

• MDF -plaat met 'n dikte van 6 mm.
• Aluminium -hoekige ekstruksies - grootte 25 mm, dikte 2 mm.
• 25 mm masjienskroewe met gleuf, ronde kop en versoenbare moere en ringe.
• Akriel- of ABS-laag met 'n dikte van 3-4 mm.
• Ou CPU Aluminium heatsink en waaier.
• PVC -voete van 1,5 cm.
• Mat swart spuitverf.
• MDF onderlaag.

Vir printplaat,

• 3x TIP2955 (pakket TO-247)
• Mika-isolators vir TO-247 transistors
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, 100 Ohm weerstande
• 10x 100 nF keramiek kondensators
• 6x 1N4007 diodes
• 470 uF, 40V elektrolitiese doppe
• 1x 6A4 diode
• 3x 1K weerstande
• 3x 200 Ohm weerstande
• 1x 3-4A sekuriteite en sekuriteitshouers
• 100 uF, 10V elektrolitiese doppe
• 1x 1K lineêre potensiometer
• 1x 5K lineêre potensiometer
• 2x potensiometer knoppies
• 2 pen terminale blokke
• Heatsinks vir TO220 -pakkette
• Koelbakpasta
• 4x SPST -skakelaars
• Kabels en drade van ou rekenaarkragbronne
• Krimpbuise van 3 mm en 5 mm
• Geperforeerde matriks PCB
• Manlike penkoppe
• 2x vroulike USB tipe A -reseptore
• 4x luidsprekerverbindings OF 8x bindpale
• 1x SPST/DPDT -wipskakelaar
• 4x 3 mm/5 mm LED's
• 1x DSN-DVM-368 voltmeter
• 5x vroulike DC -vatverbindings (skroefbaar)
• Plastiese afwykings

Gereedskap

• Ystersaag lemme
• Boormasjien
• Neusspeler
• Verskillende soorte lêers
• Verskillende soorte moersleutels
• Maatband
• Swart permanente CD -merker
• Baie soorte Philips en skroewedraaiers met gleuwe (koop 'n stel)
• Intrekbare mes en lemme
• Roterende hulpmiddel (nie nodig as u vaardigheid het nie)
• 300 en 400 sandpapier korrelgrootte
• Knipper (vir koperdrade)
• Multimeter
• Soldeerbout
• Soldeerdraad en vloed
• Draadstroppers
• Pincet
• En enige hulpmiddel wat u kan vind.
• Besoedeling/stofmasker om te beskerm teen verf.

Stap 5: Bou die stroombaan

Sny die perfboard volgens u behoefte. Plaas en soldeer dan die komponente volgens die skema. Ek het nie 'n PCB -lêer vir ets gemaak nie. Maar u kan die Eagle -skematiese lêer hieronder gebruik om 'n PCB op u eie te maak. Andersins, gebruik u vindingrykheid om die posisies en roetes te beplan en alles mooi te soldeer. Was die PCB met IPA (Isopropyl Alcohol) oplossing om enige soldeerresidu skoon te maak.

Stap 6: Bou die boks

Al die afmetings waarmee die MDF -bord, aluminiumkanale gesny moet word, gatafmetings, gatplasings en alles is in die SketchUp -model. Maak die lêer oop in SketchUp. Ek het dele saamgegroepeer, sodat u dele van die model maklik kan wegsteek en die meetinstrument kan gebruik om die afmetings te meet. Alle afmetings is in mm of cm. Gebruik bore van 5 mm om gate te boor. Kontroleer altyd of gate en ander dele in lyn is om seker te maak dat alles maklik bymekaar pas. Gebruik sandpapier om die oppervlak van MDF- en aluminiumkanale glad te maak.

U sal die idee kry hoe u die boks kan bou sodra u die 3D -model ondersoek het. U kan dit volgens u behoeftes aanpas. Dit is 'n plek waar u u kreatiwiteit en verbeelding optimaal kan benut.

Gebruik 'n akriel- of ABS -plaat op die voorpaneel en sny gate daarin met 'n lasersnyer as u toegang daartoe het. Maar ongelukkig het ek nie 'n lasermasjien gehad nie, en dit sou 'n vervelige taak wees om dit te vind. Daarom het ek besluit om by die tradisionele benadering te bly. Ek het plastiekrame en bokse van ou yskaste uit 'n skrootwinkel gekry. Eintlik het ek dit vir 'n onredelike prys gekoop. Een van die raam was dik en plat genoeg om as voorpaneel gebruik te word; dit was nie te dik of te dun nie. Ek sny dit met die korrekte afmetings en boor en sny gate daarin om al die skakelaars en uitsetverbindings te akkommodeer. 'N Ystersaag en 'n boormasjien was my belangrikste gereedskap.

As gevolg van die spesifieke ontwerp van die boks, kan u probleme ondervind om die voorpaneel aan die res van die boks vas te maak. Ek het plastiekstukke ABS -plastiek agter die voorhoeke vasgeplak en dit direk vasgeskroef sonder om moere nodig te hê. U sal iets soos hierdie of iets beters moet doen.

Vir die heatsink het ek een van 'n ou CPU -koeler gebruik. Ek het gate daarin geboor en al drie deurgangstransistors met mica -isolators (DIT IS BELANGRIK!) Tussen hulle vasgemaak vir elektriese isolasie. Omdat ek besef het dat die heatsink alleen nie die werk sou doen nie, het ek later 'n koelwaaier aan die buitekant van die heatsink bygevoeg en dit aan die hulp 12V gekoppel.

Stap 7: Verf die boks

Eerstens moet u die MDF skuur met 300 of 400 skuurpapier. Dien dan 'n dun, eenvormige laag houtprimer of MDF -onderlaag toe. Dien nog 'n laag toe nadat die eerste laag genoeg gedroog is. Herhaal dit volgens u behoefte en laat dit vir 1 of 2 dae droog word. U moet die grondlaag skuur voordat u die verf kan spuit. Skildery is maklik met behulp van saamgeperste verfblikke.

Stap 8: Bedrading

Maak die bord wat u gesoldeer het, in die middel van die onderste plaat vas en skroef dit vas met klein masjienskroewe en afstande tussen hulle. Ek het drade van ou rekenaarkragbronne gebruik, aangesien dit van goeie gehalte is. U kan die drade direk aan die bord soldeer, of verbindings of penkoppe gebruik. Ek het die PSU haastig gemaak, sodat ek geen verbindings gebruik het nie. Maar dit word aanbeveel om verbindings te gebruik wanneer en waar moontlik, om alles modulêr te maak en maklik te monteer en te demonteer.

Ek het nogal vreemde probleme ondervind tydens die bedrading en die eerste toetsing. Die eerste was die onstabiliteit van die uitset. Terwyl ons PNP -deurlaatelemente gebruik, sou die uitset ossilleer, wat 'n verminderde effektiewe GS -spanning op die meter veroorsaak. Ek moes elektrolitiese kapasitors van hoë waarde aansluit om hierdie probleem reg te stel. Die volgende probleem was die verskil in uitgangsspanning in die bord en by die uitgangskonnekte! Ek weet nog steeds nie presies wat die probleem is nie, maar ek het dit opgelos deur 'n paar weerstands met 'n hoë waarde, 1K, 4.7K, ens. Aan die uitgangsklemme te soldeer. Ek het 2K (1K+1K) weerstandswaarde gebruik om die Aux 12V en hoof 12V uitsette te programmeer.

Ons benodig slegs die DSN-DVM-368 voltmeter vir die veranderlike uitset, aangesien alle ander uitsette vasgestel is. Eerstens moet u die jumper (Jumper 1) ontkoppel (BELANGRIK!), Soos in die figuur getoon, en dan die drie drade gebruik soos in die skema. Die voltmeter het reeds 'n 5V -reguleerder binne. As u 12V direk daaraan voed, sal dit ongewenste verhitting veroorsaak. Ons gebruik dus 'n 7809, 9V -reguleerder tussen die AUX 12V en die Vcc -inset van die voltmeter. Ek moes van die 7809 'n "drywende" komponent maak soos dit bygevoeg word nadat ek die bord gesoldeer het.

Stap 9: Toets

Koppel 'n SMPS met 'n spanning tussen 15-35V en 'n stroom van minimum 2A, aan die ingang van die bord, alhoewel 'n DC-vataansluiting. Ek gebruik 36V 2A SMPS met ingeboude oorstroombeskerming (afskakel). Sien bo die metingstabel van die ladingstoets.

Laeregulering hier is nie so goed nie, as gevolg van die beperking van die uitsetkrag van die SMPS wat ek gebruik. Dit sal die stroom en stilstand beperk by hoë strome. Ek kon dus nie stroomtoetse doen nie. Tot 14V het die lasregulering goed gelyk. Maar bo 15V stel spanning (#8, #9, #10), as ek die las aansluit, sal die uitsetspanning verminder tot ongeveer 15V met 'n konstante stroom van 3.24A. By #10 is die gelaaide spanning die helfte van die ingestelde spanning by 3.24A stroom! Dit het dus gelyk asof my SMPS nie genoeg stroom verskaf om die spanning by die ingestelde te hou nie. Die maksimum krag wat ek kon kry, was by #11, van 58W. Dus, solank u die uitsetstroom laag hou, bly die uitgangsspanning waar dit veronderstel is. Hou altyd die spanning, stroom en die temperatuur van die heatsink dop, aangesien daar 'n aansienlike hoeveelheid krag sal versprei.

Stap 10: afwerking

Nadat u die toetse voltooi het, moet u alles bymekaarmaak en die voorpaneel merk soos u wil. Ek het die voorpaneel met silwer verf geverf en 'n permanente merker gebruik om dinge te merk (nie 'n goeie manier nie). Ek het 'n selfdoenplakker wat ek by my eerste Arduino gekry het, op die voorkant gesit.

Stap 11: Voor- en nadele

Daar is baie voordele en nadele met hierdie kragvoorsieningsontwerp. Dit is altyd die moeite werd om hulle te bestudeer.

Voordele

• Maklik om te ontwerp, te bou en aan te pas, aangesien dit 'n lineêre gereguleerde kragtoevoer is.
• Minder ongewenste rimpelings by die uitset in vergelyking met gewone SMPS -eenhede.
• Minder EM/RF -inmenging geproduseer.

Nadele

• Swak doeltreffendheid - die meeste van die krag word vermors as hitte by die heatsinks.
• Swak lasregulering in vergelyking met die ontwerp van die SMPS -kragtoevoer.
• Groot in vergelyking met soortgelyke krag -SMPS's.
• Geen stroommeting of beperking nie.

Stap 12: Probleemoplossing

'N Digitale multimeter is die beste hulpmiddel om probleme met kragvoorsiening op te los. Kontroleer al die reguleerders voordat u soldeer met 'n broodbord. As u twee DMM's het, is dit moontlik om die stroom en spanning gelyktydig te meet.

1. As daar geen krag by die uitgang is nie, kyk dan na die spanning van die ingangspen, by die invoerpenne van die reguleerder en kyk of die PCB -verbindings korrek is.
2. As u agterkom dat die uitset ossilleer, voeg 'n elektrolitiese kondensator by met 'n waarde van minstens 47uF naby die uitgangsklemme. U kan dit direk aan die uitvoerterminale soldeer.
3. Moenie die uitsette kort nie of sluit 'n lae impedansie -las op die uitsette aan. Dit kan veroorsaak dat die reguleerders misluk, aangesien ons ontwerp geen stroombeperkings het nie. Gebruik 'n geskikte waarde -lont by die hoofingang.

Stap 13: Verbeterings

Dit is 'n basiese lineêre kragtoevoer. Daar is dus baie wat u kan verbeter. Ek het dit vinnig gebou omdat ek so 'n soort veranderlike kragtoevoer nodig gehad het. Met die hulp hiervan kan ek in die toekoms 'n beter "Precision Digital Power Supply" bou. Hier is 'n paar maniere waarop u die huidige ontwerp kan verbeter,

1. Ons gebruik lineêre reguleerders soos LM317, LM2940 ens. Soos ek al gesê het, is dit so ondoeltreffend en kan dit nie gebruik word vir 'n battery -aangedrewe opstelling nie. So, wat u kan doen, is om een van die goedkoop DC-DC-bokmodules in enige aanlynwinkel te vind en die lineêre reguleerders daarmee te vervang. Hulle is doeltreffender (> 90%), het 'n beter lasregulering, meer stroomvermoë, stroombeperking, kortsluitingsbeskerming en al. LM2596 is een van daardie soort. Die bokke (afstap) modules het 'n presisie potensiometer bo -op. U kan dit vervang met 'n 'multi-turn potentiometer' en dit op die voorpaneel gebruik in plaas van normale lineêre potte. Dit gee u meer beheer oor die uitgangsspanning.
2. Ons het hier slegs 'n voltmeter gebruik, so ons is blind oor die stroom wat ons PSU lewer. Daar is goedkoop "spanning en stroom" meetmodules beskikbaar. Koop een en voeg by die uitset, dit kan een vir elke uitset wees.
3. Daar is geen huidige beperkende kenmerk in ons ontwerp nie. Probeer dit dus verbeter deur 'n huidige beperkingsfunksie by te voeg.
4. As u koelblaaswaaier raserig is, probeer om 'n temperatuurgevoelige waaierbeheerder by te voeg.
5. 'N Battery -laaifunksie kan maklik bygevoeg word.
6. Afsonderlike uitsette vir LED -toetsing.

Eerste prys in die kragvoorsieningswedstryd