LM317 alapú DIY változtatható asztali tápegység: 13 lépés (képekkel)

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:48

A tápegység kétségtelenül feltétlenül szükséges berendezés minden elektronikai laboratórium számára, vagy bárki számára, aki elektronikai projekteket szeretne végezni, különösen a változó tápegységet. Ebben az oktatóanyagban megmutatom, hogyan építettem egy LM317 lineáris pozitív szabályozó alapú változót, amely 1,2-30V (1,2V a bemeneti feszültséghez-2,7V) változó.

Ezeket a funkciókat akartam, hogy a PSU -m rendelkezzen.

• Egy változó kimenet minimális 2 A árammal.
• Fix 12 V -os kimenet 2A -val.
• Fix 5 V -os kimenet 2 A -val.
• Rögzített 3,3 V -os kimenet 1A -val.
• Két USB port a telefonok 1A -es töltéséhez.

A tápegység nem használ semmilyen transzformátort, hanem csökkenti a 15-35 V-os állandó bemeneti feszültséget a kimenet különböző feszültségeire. Tehát a készüléket bármilyen SMP-vel, 15-35 V névleges feszültséggel és 2-5A árammal, vagy transzformátor-tápegységgel, ugyanazokkal a specifikációkkal táplálhatja.

1. lépés: Felkészülés

1. Látogasson el a https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download oldalra, és töltse le az Eagle sematikus rögzítő szoftverét az operációs rendszeréhez.
2. Nyissa meg a https://www.sketchup.com/download webhelyet, töltse le és telepítse a SketchUp legújabb verzióját.
3. Keressen egy jó, 15-36 V közötti feszültségű SMPS-t, vagy készítsen transzformátor alapú tápellátást 15-36 V egyenáramú kimeneti feszültséggel.

2. lépés: Vázlatos

A vázlat betekintést nyújt a tervembe. De nem úgy tervezték, hogy PCB fájlt hozzon létre, mint általában az egyedi terveimhez. Tehát nem törődtem az alkatrészcsomagokkal. A PCB -elrendezés létrehozásához megfelelő csomagokat kell kiválasztania. Mindegyikhez három LM317 és három TIP2955 PNP tranzisztor tartozik. Mindegyik LM317 -es programozó feszültségre csökkenti a 36 V -os bemenetet. Az U2 állandó 12 V -ot, az U3 változó feszültséget, az U1 pedig egy kiegészítő 12 V -ot ad ki a többi 5 V -os és 3,3 -as szabályozóhoz, hogy csökkentse az általuk leadott hőt.

Az LM317 1,5 A -nál nagyobb kimeneti áramot tud biztosítani. De ebben az esetben, ha nagy a különbség a bemeneti és kimeneti feszültségek között, az LM317 -nek hőként kell elvezetnie a felesleges teljesítményt; annyi meleg. Tehát pass elemeket használunk. Itt a TIP2955 teljesítménytranzisztorokat használtam pozitív elemként. Használhatja a TIP3055 vagy a 2N3055 jelátviteli elemet a negatív vagy a kimeneti oldalon. De azért választottam a PNP -t, mert nem változtatják meg a kimeneti feszültséget, mint az NPN tranzisztorok (a kimenet +0,7 V -kal magasabb lesz NPN használatakor). A PNP tranzisztorokat áteresztő elemként használják az alacsony lemorzsolódású és az ultra alacsony kiesésű szabályozókban. De vannak bizonyos kimeneti stabilitási problémák, amelyek enyhíthetők kondenzátorok hozzáadásával a kimeneten.

A 2W R5, R7 és R9 ellenállások elegendő feszültséget produkálnak a tranzisztorok torzítására kis áramoknál. A kiegészítő 12 V-os kimenet három LM2940 ultra-low dropout 5V 1A szabályozó bemenetéhez van csatlakoztatva, amelyek közül kettőt USB kimenetekhez, a másikat az előlapi kimenethez használnak. Az egyik 5 V -os kimenet egy AMS1117 -es szabályozóhoz van csatlakoztatva a 3,3 V -os kimenethez. Ez tehát a különböző szabályozók sorozatos hálózata.

A változó kimenet az U3 -ból származik, ahogy az sematikusan látható. 5K potenciométert használtam sorban 1K edénnyel a durva és finom kimeneti feszültség beállításához. Egy DSN DVM-368 (oktatóanyag a weboldalamon) voltmérő modul csatlakozik a változó kimenethez, hogy megjelenítse a feszültséget az előlapon. Lásd a "Kábelezés" részt a voltmérő modul módosításainak megtekintéséhez. Bármilyen más V vagy A modult használhat sok módosítás nélkül.

Töltse le a vázlat nagy felbontású-p.webp

3. lépés: SketchUp 3D modell

A csatlakozók, kapcsolók stb. Elhelyezésének megtervezéséhez és az MDF -lemez, az alumíniumcsatorna stb. Vágásának megfelelő méretezéséhez először megterveztem a SketchUp -ban a PSU -doboz 3D -s modelljét. Az összes alkatrész már nálam volt. Így a modell megtervezése egyszerű volt. 6 mm vastagságú MDF lapot és 25 mm méretű és 2 mm vastagságú alumínium extrudálást (szög) használtam. A SketchUp modellfájlt letöltheti az alábbi link segítségével.

LM317 PSU SketchUp 2014 fájl: Töltse le az alábbi fájlt. Ezt az anyagot ingyenesen letöltheti, módosíthatja és újra terjesztheti.

4. lépés: Gyűjtse össze az eszközöket és alkatrészeket

Ezek a szükséges anyagok, eszközök és alkatrészek.

A tápegység dobozához

• MDF lemez, vastagsága 6 mm.
• Alumínium szögletes extrudálások - mérete 25 mm, vastagság 2 mm.
• 25 mm -es gépcsavarok hasított, kerek fejjel és kompatibilis anyákkal és alátétekkel.
• 3-4 mm vastag akril vagy ABS lemez.
• Régi CPU alumínium hűtőborda és ventilátor.
• 1,5 cm -es PVC lábak.
• Matt fekete spray festék.
• MDF alapozó.

Az áramköri laphoz,

• 3x TIP2955 (TO-247 csomag)
• Csillámszigetelők TO-247 tranzisztorokhoz
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, 100 Ohm ellenállás
• 10x 100 nF kerámia kondenzátor
• 6x 1N4007 dióda
• 470 uF, 40 V elektrolitsapka
• 1x 6A4 dióda
• 3x 1K ellenállás
• 3x 200 Ohm ellenállás
• 1x 3-4A biztosítékok és biztosítéktartók
• 100 uF, 10V elektrolit kupak
• 1x 1K lineáris potenciométer
• 1x 5K lineáris potenciométer
• 2x potenciométer gombok
• 2 tűs sorkapocs
• Hűtőbordák TO220 csomagokhoz
• Hűtőborda paszta
• 4x SPST váltó/kar kapcsoló
• Kábelek és vezetékek a régi PC tápegységekből
• 3 és 5 mm -es zsugorcsöveket melegítsen
• Perforált mátrix PCB
• Férfi csapok
• 2x női A típusú USB -receptor
• 4x hangszóró csatlakozó VAGY 8x kötőoszlop
• 1x SPST/DPDT billenőkapcsoló
• 4x 3mm/5mm LED
• 1x DSN-DVM-368 voltmérő
• 5x női DC csőcsatlakozó (csavarozható)
• Műanyag állványok

Eszközök

• Fűrészlapok
• Fúrógép
• Orrjátékos
• Különböző típusú fájlok
• Különböző típusú kulcsok
• Mérőszalag
• Fekete állandó CD jelölő
• Sokféle Philips és hornyos csavarhúzó (vásároljon készletet)
• Behúzható kés és pengék
• Forgató eszköz (nem szükséges, ha rendelkezik hozzáértéssel)
• 300 és 400 szemcseméretű homokpapír
• Csipesz (rézhuzalokhoz)
• Multiméter
• Forrasztópáka
• Forrasztó huzal és fluxus
• Huzalhúzók
• Csipesz
• És bármilyen eszköz megtalálható.
• Szennyeződés/porvédő maszk a festék ellen.

5. lépés: Az áramkör építése

Vágja le a perfboardot igényei szerint. Ezután helyezze be és forrasztja össze az alkatrészeket a vázlat szerint. Nem készítettem PCB fájlt a maratáshoz. De az alábbi Eagle sematikus fájl segítségével önállóan készíthet NYÁK -t. Ellenkező esetben használja leleményességét az elhelyezések és az útvonaltervezés megtervezéséhez, és mindent szépen forraszt. Mossa le a PCB -t IPA (izopropil -alkohol) oldattal, hogy megtisztítsa a forrasztási maradványokat.

6. lépés: A doboz felépítése

Az összes méret, amellyel az MDF lapot, az alumínium csatornákat vágni kell, a lyukak méretei, a lyukak elhelyezése és mind a SketchUp modellben szerepelnek. Csak nyissa meg a fájlt a SketchUp -ban. Az alkatrészeket csoportosítottam, így könnyen elrejtheti a modell egyes részeit, és a Mérés eszközzel mérheti a méreteket. Minden méret mm -ben vagy cm -ben van megadva. A lyukak fúrásához használjon 5 mm -es biteket. Mindig ellenőrizze, hogy a lyukak és más alkatrészek nem illeszkednek -e egymáshoz, hogy minden könnyen illeszkedjen egymáshoz. Csiszolópapírral simítsa ki az MDF és az alumínium csatornák felületét.

A 3D modell megvizsgálása után megkapja az ötletet a doboz felépítéséhez. Igényei szerint módosíthatja. Ez egy olyan hely, ahol maximálisan kihasználhatja kreativitását és fantáziáját.

Az előlaphoz használjon akril- vagy ABS -lemezt, és vágjon lyukakat lézervágóval, ha hozzá tud férni. De sajnos nem volt lézergépem, és a keresése unalmas feladat lenne. Ezért úgy döntöttem, hogy ragaszkodom a hagyományos megközelítéshez. Találtam műanyag kereteket és dobozokat a régi hűtőszekrényekből egy hulladékboltban. Valójában elfogadhatatlan áron vettem őket. Az egyik keret elég vastag és lapos ahhoz, hogy előlapként lehessen használni; nem volt se túl vastag, se túl vékony. Megfelelő mérésekkel vágtam, és lyukakat fúrtam és vágtam bele, hogy elférjen az összes kapcsoló és kimeneti csatlakozó. A fűrész és a fúrógép volt a fő eszközöm.

A doboz különleges kialakítása miatt némi problémával szembesülhet, ha az előlapot a doboz többi részéhez rögzíti. Az előlapi szögek mögé ragasztottam műanyag ABS műanyag darabokat, és közvetlenül anyák nélkül csavartam rájuk. Valami ilyesmit kell tennie, vagy valami jobbat.

A hűtőbordához egy régi CPU hűtőből használtam egyet. Furatokat fúrtam bele, és mindhárom átmenő tranzisztorokat csillám szigetelőkkel (EZ FONTOS!) Rögzítettem közéjük az elektromos szigetelés érdekében. Miután rájöttem, hogy a hűtőborda önmagában nem fogja elvégezni a feladatot, később hozzáadtam egy hűtőventilátort a hűtőborda külső oldaláról, és csatlakoztattam a kiegészítő 12 V -hoz.

7. lépés: A doboz festése

Először az MDF -t 300 vagy 400 -as csiszolópapírral kell csiszolni. Ezután vigyen fel vékony, egyenletes réteg fa alapozót vagy MDF alapozót. Az első réteg kellő száradása után vigyen fel egy másik réteget. Ismételje meg ezt a követelménynek megfelelően, és hagyja száradni 1-2 napig. A festék permetezése előtt le kell csiszolni az alapozó réteget. A festés egyszerű tömörített festékdobozok használatával.

8. lépés: huzalozás

Rögzítse a lapot, amelyet forrasztott, az alsó lap közepére, és csavarja be kis gépi csavarokkal és köztük lévő ütközőkkel. Vezetékeket használtam a régi számítógép tápegységeiből, mivel jó minőségűek. Forraszthatja a vezetékeket közvetlenül a táblához, vagy használhat csatlakozókat vagy tűfejléceket. A PSU -t sietve készítettem, így nem használtam semmilyen csatlakozót. Javasoljuk azonban, hogy amikor és ahol csak lehetséges, használjon csatlakozókat, hogy minden moduláris, könnyen összeszerelhető és szétszerelhető legyen.

Elég furcsa problémákkal találkoztam a kábelezés és az első tesztelés során. Az első a kimenet instabilitása volt. Mivel PNP átviteli elemeket használunk, a kimenet oszcillál, ami csökkenti a mérő tényleges egyenfeszültségét. A probléma megoldásához nagy értékű elektrolit kondenzátorokat kellett csatlakoztatnom. A következő probléma a tábla és a kimeneti csatlakozók kimeneti feszültségének különbsége volt! Még mindig nem tudom, hogy pontosan mi a probléma, de ezt úgy oldottam meg, hogy néhány nagy értékű ellenállást, 1K, 4,7K stb. Forrasztottam közvetlenül a kimeneti csatlakozókon. 2K (1K+1K) ellenállás értéket használtam az Aux 12V és a fő 12V kimenetek programozására.

Csak a DSN-DVM-368 voltmérőre van szükségünk a változó kimenethez, mivel minden más kimenet rögzített. Először le kell választani (FONTOS!) Az áthidalót (1. áthidaló) az ábrán látható módon, majd a három vezetéket kell használni, mint az ábrán. A voltmérő már tartalmaz egy 5 V -os szabályozót. A 12 V közvetlen táplálása nemkívánatos felmelegedést okoz. Tehát egy 7809, 9 V -os szabályozót használunk az AUX 12V és a voltmérő Vcc bemenete között. A 7809 -et "lebegő" komponenssé kellett tennem, mivel hozzáadták a tábla forrasztása után.

9. lépés: Tesztelés

Csatlakoztasson egy 15–35 V közötti feszültségű és legalább 2 A áramerősségű SMPS-t a tábla bemenetéhez egyenáramú csőcsatlakozón keresztül. 36V 2A SMPS-t használtam, beépített túláramvédelemmel (leállítás). Lásd fent a terhelési teszt mérési táblázatát.

A terhelésszabályozás itt nem olyan jó az általam használt SMPS kimeneti teljesítményének korlátozása miatt. Korlátozza az áramot és a leállítást nagy áramoknál. Így nem tudtam túlfeszültség -teszteket végezni. 14 V -ig a terhelésszabályozás jónak tűnt. De 15 V -os beállított feszültség felett (#8, #9, #10), amikor csatlakoztatom a terhelést, a kimeneti feszültség 15 V körüli értékre csökken 3,24 A állandó áram mellett. A #10 -nél a betöltött feszültség a beállított feszültség fele 3,24A áramnál! Úgy tűnt tehát, hogy az SMPS nem biztosít elegendő áramot ahhoz, hogy a feszültséget a beállított értéken tartsa. A legnagyobb teljesítmény, amit el tudtam érni, a 11., 58W volt. Tehát mindaddig, amíg alacsonyan tartja a kimeneti áramot, a kimeneti feszültség a várt helyen marad. Mindig figyelje a feszültséget, áramot és a hűtőborda hőmérsékletét, mivel ott jelentős mennyiségű energia fog eloszlani.

10. lépés: Befejezés

Miután befejezte a teszteket, szereljen össze mindent, és címkézze az előlapot a kívánt módon. Az előlapot ezüst festékkel festettem, és állandó jelzővel jelöltem a dolgokat (ez nem szép módszer). Az első Arduino -mmal kapott barkács matricát tettem az elejére.

11. lépés: Előnyök és hátrányok

Ennek a tápegységnek számos előnye és hátránya van. Mindig érdemes tanulmányozni őket.

Előnyök

• Könnyen tervezhető, építhető és módosítható, mivel lineárisan szabályozott tápegységről van szó.
• Kevesebb nem kívánt hullámzás a kimeneten, mint a hagyományos SMPS egységek.
• Kevesebb EM/RF interferencia.

Hátrányok

• Gyenge hatékonyság - a legtöbb energia kárba vész hőként a hűtőbordáknál.
• Rossz terhelésszabályozás az SMPS tápegységhez képest.
• Nagy méretű a hasonló teljesítményű SMPS -ekhez képest.
• Nincs árammérés vagy korlátozás.

12. lépés: Hibaelhárítás

A digitális multiméter a legjobb eszköz az áramellátási problémák elhárításához. Ellenőrizze az összes szabályozót, mielőtt kenyérsütőt használ. Ha két DMM -je van, akkor lehetséges az áram és a feszültség egyidejű mérése.

1. Ha nincs áram a kimeneten, ellenőrizze a feszültséget a bemeneti tűn, a szabályozó bemeneti csapjain, és ellenőrizze, hogy a NYÁK -csatlakozások helyesek -e.
2. Ha úgy találja, hogy a kimenet oszcillál, adjon hozzá legalább 47uF értékű elektrolit kondenzátort a kimeneti csatlakozókhoz. Forraszthatja őket közvetlenül a kimeneti terminálokra.
3. Ne zárja rövidre a kimeneteket, és ne csatlakoztasson alacsony impedanciájú terhelést a kimenetekhez. Ez a szabályozók meghibásodását okozhatja, mivel a tervezésünkben nincs áramkorlátozás. Használjon megfelelő értékű biztosítékot a fő bemeneten.

13. lépés: Javítások

Ez egy alapvető lineáris tápegység. Tehát sokat lehet javítani. Ezt sietve építettem, mert annyira szükségem volt valamilyen változó tápegységre. Ennek segítségével a jövőben jobb "precíziós digitális tápegységet" tudok építeni. Íme néhány módszer a jelenlegi kialakítás javítására,

1. Olyan lineáris szabályozókat használtunk, mint az LM317, LM2940 stb. Amint azt már korábban említettem, ezek annyira nem hatékonyak, és nem használhatók akkumulátoros telepítéshez. Tehát mit tehet, keressen egyet az olcsó DC-DC bakmodulok közül bármelyik online boltban, és cserélje ki rájuk a lineáris szabályozókat. Hatékonyabbak (> 90%), jobb terhelésszabályozás, nagyobb áramerősség, áramkorlátozás, rövidzárlat -védelem és minden. Az LM2596 egy ilyen fajta. A bak (lefelé) modulok tetején precíziós potenciométer lesz. Lecserélheti "többfordulatú potenciométerre", és a normál lineáris edények helyett az előlapon használhatja. Így jobban szabályozhatja a kimeneti feszültséget.
2. Itt csak voltmérőt használtunk, így nem vagyunk tisztában a tápegység által szolgáltatott árammal. Olcsó "Feszültség és áram" mérőmodulok állnak rendelkezésre. Vásároljon egyet, és adja hozzá a kimenethez, lehet minden kimenethez egy.
3. Tervezésünkben nincsenek áramkorlátozó funkciók. Tehát próbáljon javítani egy jelenlegi korlátozó funkció hozzáadásával.
4. Ha a hűtőborda ventilátora zajos, próbálja meg hozzáadni a hőmérséklet -érzékeny ventilátor vezérlőt, amely lehet sebességszabályozó.
5. Az akkumulátor töltési funkciója egyszerűen hozzáadható.
6. Külön kimenetek a LED teszteléshez.

Első díj a tápegység versenyen