LM317 -basert DIY -variabel benkeplate -strømforsyning: 13 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

En strømforsyning er utvilsomt et absolutt nødvendig utstyr for ethvert elektronikklaboratorium eller alle som ønsker å utføre elektronikkprosjekter, spesielt en variabel strømforsyning. I denne opplæringen skal jeg vise deg hvordan jeg bygde en LM317 lineær positiv regulatorbasert variabel 1,2-30V (1,2V til inngangsspenning-2,7V faktisk) strømforsyning.

Dette er funksjonene jeg ønsket at PSU -en min skulle ha.

• En variabel utgang med minimum strøm 2 A.
• Fast 12 V utgang med 2A.
• Fast 5 V utgang med 2 A.
• Fast 3,3 V utgang med 1A.
• To USB -porter for lading av telefoner på 1A.

Strømforsyningen bruker ikke noen transformator i stedet reduserer den konstant inngangsspenning i området 15-35V til mange forskjellige spenninger ved utgangen. Så du kan drive denne enheten med hvilken som helst SMPS med en nominell spenning 15-35V og strøm 2-5A ELLER en transformatorforsyning med samme spesifikasjoner.

Trinn 1: Gjør deg klar

1. Gå til https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download og last ned Eagle skjematisk fangstprogramvare for operativsystemet.
2. Gå til https://www.sketchup.com/download og last ned siste versjon av SketchUp og installer den.
3. Finn en god SMPS med en spenningsgrad mellom 15-36V ELLER lag en transformatorbasert forsyning med 15-36V DC utgangsspenning.

Trinn 2: Skjematisk

Skjematikken gir deg et innblikk i planen min. Men den var ikke designet for å generere en PCB -fil, da jeg vanligvis perfboarder for mine enestående design. Så jeg brydde meg ikke om komponentpakkene. Du må velge riktige pakker hvis du vil lage et PCB -oppsett. Det er tre LM317s og tre TIP2955 PNP -pass -transistorer for hver. Hver av disse LM317s vil redusere 36V -inngangen til programmerte spenninger. U2 sender ut en konstant 12V, U3 sender ut en variabel spenning og U1 produserer en ekstra 12V for andre 5V og 3.3 regulatorer for å redusere varmen som avledes av dem.

LM317 kan levere utgangsstrøm over 1,5A. Men i dette tilfellet, med stor forskjell i inngangs- og utgangsspenninger, må LM317 spre den overskytende effekten som varme; så mye varme. Så vi bruker passelementer. Her har jeg brukt TIP2955 effekttransistor som passelement på den positive siden. Du kan bruke TIP3055 eller 2N3055 som passelement på den negative siden eller utgangssiden. Men grunnen til at jeg valgte PNP -er, er fordi de ikke endrer utgangsspenningen som NPN -transistorer ville gjøre (utgangen vil være +0,7V høyere når NPN brukes). PNP-transistorer brukes som passeringselementer i regulatorer med lavt frafall og ultralavt frafall. Men de viser noen problemer med utgangsstabilitet som kan dempes ved å legge til kondensatorer ved utgangen.

2W -motstandene R5, R7 og R9 vil produsere nok spenning til å forspenne pass -transistorene ved lave strømmer. Den ekstra 12V-utgangen er koblet til innganger på tre LM2940 ultra-lave frafall 5V 1A-regulatorer, hvorav to brukes til USB-utganger og den andre er til frontpanelutgang. En av 5V -utgangen er koblet til en AMS1117 -regulator for 3,3V -utgang. Så det er et serienettverk av forskjellige regulatorer.

Den variable utgangen er hentet fra U3 som vist i skjematisk. Jeg brukte et 5K potensiometer i serie med en 1K gryte for å ha grov og fin justering av utgangsspenningen. En DSN DVM-368 (opplæring på nettstedet mitt) voltmeter modul er koblet til den variable utgangen for å vise spenningen på frontpanelet. Se delen "Kabling" for å se endringene som skal gjøres på voltmetermodulen. Du kan bruke andre V- eller A -moduler uten store endringer.

Last ned høyoppløselig-p.webp

Trinn 3: SketchUp 3D -modell

For å planlegge plasseringen av kontakter, brytere osv. Og for å få riktige dimensjoner for å kutte MDF -kort, aluminiumskanal osv., Designet jeg først en 3D -modell av PSU -boksen i SketchUp. Jeg hadde allerede med meg alle komponentene. Så det var enkelt å designe modellen. Jeg brukte MDF -plate med tykkelse 6 mm og aluminiumsprofiler (vinkel) i størrelse 25 mm og tykkelse 2 mm. Du kan laste ned modellfilen for SketchUp ved hjelp av lenken nedenfor.

LM317 PSU SketchUp 2014 -fil: Last ned filen nedenfor. Du kan laste ned, endre og distribuere dette materialet.

Trinn 4: Samle verktøy og deler

Dette er materialet, verktøyene og komponentene som kreves.

For PSU -boks,

• MDF -plate med tykkelse 6 mm.
• Aluminium vinklede ekstruderinger - størrelse 25 mm, tykkelse 2 mm.
• 25 mm maskinskruer med hull, rundt hode og kompatible muttere og skiver.
• Akryl- eller ABS-ark med tykkelse 3-4 mm.
• Gammel CPU kjøleribbe og vifte i aluminium.
• PVC -fot i størrelse 1,5 cm.
• Matt svart spraymaling.
• MDF primer.

For kretskort,

• 3x TIP2955 (pakke TO-247)
• Glimmerisolatorer for TO-247 transistorer
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, 100 Ohm motstander
• 10x 100 nF keramiske kondensatorer
• 6x 1N4007 dioder
• 470 uF, 40V elektrolytiske hetter
• 1x 6A4 diode
• 3x 1K motstander
• 3x 200 Ohm motstander
• 1x 3-4A sikringer og sikringsholdere
• 100 uF, 10V elektrolytiske hetter
• 1x 1K lineært potensiometer
• 1x 5K lineært potensiometer
• 2x potensiometer knapper
• 2 -pins rekkeklemmer
• Kjøleribber for TO220 -pakker
• Kjøleribbe lim
• 4x SPST -vippebrytere
• Kabler og ledninger fra gamle PC -strømforsyninger
• Krympeslanger på 3 mm og 5 mm
• Perforert matrise PCB
• Mannlige pinhoder
• 2x kvinnelige USB type A -reseptorer
• 4x høyttalerkontakter ELLER 8x bindestolper
• 1x SPST/DPDT vippebryter
• 4x 3 mm/5 mm lysdioder
• 1x DSN-DVM-368 voltmeter
• 5x kvinnelige DC -fatkontakter (skrubare)
• Avstand fra plast

Verktøy

• Hacksagblad
• Drill maskin
• Nesespiller
• Ulike filtyper
• Ulike typer skiftenøkler
• Målebånd
• Svart permanent CD -markør
• Mange typer Philips og skrutrekkere (kjøp et sett)
• Uttrekkbar kniv og kniver
• Roterende verktøy (ikke nødvendig hvis du har ferdigheter)
• 300 og 400 sandpapir i kornstørrelse
• Nipper (for kobbertråder)
• Multimeter
• Loddejern
• Loddetråd og flux
• Wire strippere
• Pinsett
• Og ethvert verktøy du kan finne.
• Forurensning/støvmaske for å beskytte mot maling.

Trinn 5: Bygg kretskortet

Kutt perfboardet etter dine krav. Deretter plasserer og lodder du komponenter i henhold til skjemaet. Jeg lagde ikke en PCB -fil for etsing. Men du kan bruke Eagle -skjemafilen nedenfor for å lage en PCB på egen hånd. Bruk ellers din oppfinnsomhet til å planlegge plasseringene og ruting og lodde alt pent. Vask kretskortet med IPA (isopropylalkohol) løsning for å rengjøre eventuelle lodderester.

Trinn 6: Bygg boksen

Alle dimensjonene som MDF -platen, aluminiumskanalene skal kuttes med, hullmål, hullplasseringer og alle er i SketchUp -modellen. Bare åpne filen i SketchUp. Jeg har gruppert deler sammen, slik at du enkelt kan skjule deler av modellen og bruke måleverktøyet til å måle dimensjonene. Alle dimensjoner er i mm eller cm. Bruk 5 mm biter til å bore hull. Kontroller alltid om hull og andre deler er justert for å sikre at alt enkelt vil passe sammen. Bruk sandpapir til å glatte ut overflaten av MDF- og aluminiumskanaler.

Du får ideen om hvordan du bygger boksen når du har undersøkt 3D -modellen. Du kan endre det etter dine behov. Dette er et sted hvor du kan utnytte kreativiteten og fantasien din maksimalt.

For frontpanelet, bruk akryl eller ABS -ark og skjær hull i det med en laserskjærer hvis du får tilgang til en. Men dessverre hadde jeg ikke en lasermaskin, og det ville være en kjedelig oppgave å finne en. Så jeg bestemte meg for å holde meg til den tradisjonelle tilnærmingen. Jeg fant plastrammer og esker fra gamle kjøleskap fra en skrotbutikk. Egentlig kjøpte jeg dem for en urimelig pris. En av rammen var tykk og flat nok til å brukes som frontpanel; den var ikke for tykk eller for tynn. Jeg kuttet den med riktige mål og boret og kuttet hull i den for å imøtekomme alle brytere og utgangskontakter. En baufil og en boremaskin var mitt viktigste verktøy.

På grunn av den spesifikke utformingen av esken, kan du få problemer med å feste frontpanelet til resten av esken. Jeg limte plastbiter av ABS -plast bak de fremre vinklene og skrudde dem direkte uten å trenge muttere. Du må gjøre noe slikt eller noe bedre.

Til kjøleribben brukte jeg en fra en gammel CPU -kjøler. Jeg boret hull i den og festet alle tre pass -transistorer med glimmerisolatorer (DETTE ER VIKTIG!) Mellom dem for elektrisk isolasjon. Da jeg skjønte at kjøleribben alene ikke ville gjøre jobben, la jeg senere til en kjølevifte fra utsiden av kjøleribben og koblet den til tilleggs -12V.

Trinn 7: Maling av esken

Først må du slipe MDF med sandpapir i størrelsen 300 eller 400. Påfør deretter et tynt, jevnt lag med tregrunning eller MDF -grunning. Påfør et nytt lag etter at det første laget er tørket nok. Gjenta dette i henhold til kravet ditt og la det tørke i 1 eller 2 dager. Du må pusse grunnlaget før du kan spraye malingen. Det er enkelt å male med komprimerte malingsbokser.

Trinn 8: Kabling

Fest brettet du loddet i midten av det nederste arket, og skru det med små maskinskruer og avstand mellom dem. Jeg brukte ledninger fra gamle datamaskinstrømforsyninger, da de er av god kvalitet. Du kan enten lodde ledninger direkte til brettet eller bruke kontakter eller pinnehoder. Jeg lagde PSU i en hast, så jeg brukte ikke noen kontakter. Men det anbefales å bruke kontakter når og hvor det er mulig, for å gjøre alt modulært og enkelt å montere og demontere.

Jeg hadde støtt på noen ganske merkelige problemer under kabling og den første testen. Den første var ustabiliteten til utgangen. Når vi bruker PNP -passelementer, ville utgangen oscillere og gi redusert effektiv DC -spenning på måleren. Jeg måtte koble til høyverdige elektrolytiske kondensatorer for å rette opp dette problemet. Neste problem var forskjellen i utgangsspenning i kortet og på utgangskontaktene! Jeg vet fremdeles ikke hva problemet er, men jeg løste dette ved å lodde noen motstander med høy verdi, 1K, 4.7K etc, direkte på utgangsterminalene. Jeg brukte 2K (1K+1K) motstandsverdi for å programmere Aux 12V og hoved 12V utganger.

Vi trenger bare DSN-DVM-368 voltmeter for den variable utgangen da alle andre utganger er faste. Først må du koble fra (VIKTIG!) Jumperen (Jumper 1) som vist på figuren, og deretter bruke de tre ledningene som i skjemaet. Voltmeteret har allerede en 5V regulator inne. Hvis du mater 12V direkte til det, vil det føre til uønsket oppvarming. Så vi bruker en 7809, 9V regulator mellom AUX 12V og Vcc -inngangen til voltmeteret. Jeg måtte gjøre 7809 til en "flytende" komponent slik den ble lagt til etter at jeg loddet brettet.

Trinn 9: Testing

Koble en SMPS med en spenning mellom 15-35V og en strøm på minimum 2A, til inngangen på kortet, selv om det er en DC fatkontakt. Jeg brukte 36V 2A SMPS med innebygd overstrømsbeskyttelse (avstengning). Se over tabellen over målinger fra lasttesten.

Lastregulering her er ikke så bra på grunn av utgangseffektbegrensningen til SMPS jeg bruker. Det vil begrense strømmen og avstengningen ved høye strømmer. Så jeg kunne ikke utføre strømstrømstester. Frem til 14V virket belastningsreguleringen bra. Men over 15V sett spenning (#8, #9, #10), når jeg kobler belastningen, vil utgangsspenningen minke til rundt 15V med en konstant strøm på 3,24A. Ved #10 er den belastede spenningen halvparten av den innstilte spenningen ved 3,24A strøm! Så det så ut som min SMPS ikke ga nok strøm til å holde spenningen på det som er innstilt. Maksimal effekt jeg klarte å få var på #11, på 58W. Så, så lenge du holder utgangsstrømmen lav, vil utgangsspenningen forbli der den skal. Hold alltid øye med spenningen, strømmen og temperaturen på kjøleribben, da en betydelig mengde strøm vil forsvinne der.

Trinn 10: Etterbehandling

Når du er ferdig med testene, setter du sammen alt og merker frontpanelet slik du vil. Jeg malte frontpanelet med sølvmaling og brukte en permanent markør for å merke ting (ikke en fin måte å gjøre det på). Jeg la et DIY -klistremerke jeg fikk med min første Arduino, på forsiden.

Trinn 11: Fordeler og ulemper

Det er mange fordeler og ulemper med denne strømforsyningsdesignen. Det er alltid verdt å studere dem.

Fordeler

• Lett å designe, bygge og modifisere siden det er en lineær regulert strømforsyning.
• Mindre uønskede krusninger ved utgangen sammenlignet med vanlige SMPS -enheter.
• Mindre EM/RF -interferens produsert.

Ulemper

• Dårlig effektivitet - mesteparten av strømmen går til spill som varme på kjøleribberne.
• Dårlig belastningsregulering sammenlignet med SMPS -strømforsyningsdesign.
• Stor i størrelse sammenlignet med lignende effekt -SMPS -er.
• Ingen nåværende måling eller begrensning.

Trinn 12: Feilsøking

Et digitalt multimeter er det beste verktøyet for å feilsøke strømforsyningsproblemer. Kontroller alle regulatorene før lodding med et brødbrett. Hvis du har to DMM, er det mulig å måle strøm og spenning samtidig.

1. Hvis det ikke er strøm på utgangen, må du kontrollere spenningene fra inngangspinnen, på regulatorens inngangspinner og dobbeltsjekke om PCB -tilkoblingene er riktige.
2. Hvis du finner utgangen oscillerende, må du legge til en elektrolytisk kondensator med en verdi på minst 47uF nær utgangsterminalene. Du kan lodde dem direkte til utgangsterminalene.
3. Ikke kort utgangene eller koble til lav impedansbelastning på utgangene. Det kan føre til at regulatorene mislykkes, da det ikke er noen strømbegrensning i designet vårt. Bruk en passende verdisikring ved hovedinngangen.

Trinn 13: Forbedringer

Dette er en grunnleggende lineær strømforsyning. Så det er mye du kan forbedre. Jeg bygde dette i en hast fordi jeg trengte en slags variabel strømforsyning så dårlig. Ved hjelp av dette kan jeg bygge en bedre "Precision Digital Power Supply" i fremtiden. Her er noen måter du kan forbedre dagens design,

1. Vi brukte lineære regulatorer som LM317, LM2940 etc. Som jeg sa før er disse så ineffektive og kan ikke brukes til et batteridrevet oppsett. Så det du kan gjøre er å finne en av de billige DC-DC buck-modulene fra alle nettbutikker og erstatte de lineære regulatorene med dem. De er mer effektive (> 90%), har bedre lastregulering, mer nåværende evne, strømbegrensning, kortslutningsbeskyttelse og alt. LM2596 er en av den typen. Buck (step down) modulene vil ha et presisjonspotensiometer på toppen. Du kan bytte den ut med et "multi-turn potensiometer" og bruke den på frontpanelet i stedet for normale lineære potter. Det gir deg mer kontroll over utgangsspenningen.
2. Vi har bare brukt et voltmeter her, så vi er blinde for strømmen som strømforsyningen leverer. Det finnes billige "Spenning og Strøm" målemoduler. Kjøp en og legg til utgangen, kan være en for hver utgang.
3. Det er ingen nåværende begrensende funksjon i vårt design. Så prøv å forbedre det ved å legge til en nåværende begrensende funksjon.
4. Hvis varmeavlederen er støyende, kan du prøve å legge til en temperaturfølsom viftekontroll som kan ha hastighetskontroll.
5. En batteriladefunksjon kan enkelt legges til.
6. Separate utganger for LED -testing.

Førstepremie i konkurransen om strømforsyning