Bekalan Kuasa Benchtop Pembolehubah DIY Berasaskan LM317: 13 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2025-01-23 15:01

Bekalan kuasa adalah alat yang sangat diperlukan untuk makmal elektronik atau sesiapa sahaja yang ingin melakukan projek elektronik, terutamanya bekalan kuasa yang berubah-ubah. Dalam tutorial ini, saya akan menunjukkan kepada anda bagaimana saya membina pemboleh ubah 1.2-30V (1.2V hingga input voltan-2.7V sebenarnya) berasaskan pemboleh ubah positif linear LM317.

Inilah ciri-ciri yang saya mahukan PSU saya miliki.

• Satu output berubah dengan arus minimum 2 A.
• Memperbaiki output 12 V dengan 2A.
• Memperbaiki output 5 V dengan 2 A.
• Memperbaiki output 3.3 V dengan 1A.
• Dua port USB untuk mengecas telefon pada 1A.

Bekalan kuasa tidak menggunakan pengubah sebaliknya mengurangkan voltan input berterusan dalam julat 15-35V hingga banyak voltan berbeza pada output. Oleh itu, anda boleh menghidupkan unit ini dengan SMPS mana pun dengan voltan pengenal 15-35V dan arus 2-5A ATAU bekalan pengubah dengan spesifikasi yang sama.

Langkah 1: Bersedia

1. Pergi ke https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download dan muat turun perisian tangkapan skema Eagle untuk sistem operasi anda.
2. Pergi ke https://www.sketchup.com/download dan muat turun SketchUp versi terkini dan pasangkannya.
3. Cari SMPS yang baik dengan penarafan voltan antara 15-36V ATAU buat bekalan berdasarkan pengubah dengan voltan keluaran DC 15-36V.

Langkah 2: Skematik

Skema akan memberi anda gambaran mengenai rancangan saya. Tetapi ia tidak dirancang untuk menghasilkan fail PCB kerana saya biasanya membuat papan tulis untuk reka bentuk saya. Jadi saya tidak peduli dengan pakej komponen. Anda harus memilih pakej yang betul jika anda ingin membuat susun atur PCB. Terdapat tiga transistor pas LM317 dan tiga TIP2955 PNP untuk setiap transistor. Setiap LM317 itu akan mengurangkan input 36V ke voltan yang diprogramkan. U2 akan menghasilkan 12V pemalar, U3 akan mengeluarkan voltan berubah-ubah dan U1 akan menghasilkan 12V tambahan untuk pengatur 5V dan 3.3 yang lain untuk mengurangkan haba yang dikeluarkan oleh mereka.

LM317 dapat memberikan arus keluaran melebihi 1.5A. Tetapi dalam kes ini, dengan perbezaan voltan input dan output yang besar, LM317 perlu menghilangkan kelebihan kuasa sebagai haba; panas sangat. Oleh itu, kita menggunakan elemen hantaran. Di sini saya telah menggunakan transistor kuasa TIP2955 sebagai elemen lulus di sisi positif. Anda boleh menggunakan TIP3055 atau 2N3055 sebagai elemen lulus di sisi negatif atau sisi output. Tetapi alasan saya memilih yang PNP adalah kerana mereka tidak mengubah voltan output seperti yang dilakukan oleh transistor NPN (output akan + 0.7V lebih tinggi apabila NPN digunakan). Transistor PNP digunakan sebagai elemen lulus dalam pengatur putus sekolah rendah dan putaran rendah. Tetapi mereka menunjukkan beberapa masalah kestabilan output yang dapat dikurangkan dengan menambahkan kapasitor pada output.

Perintang 2W R5, R7 dan R9 akan menghasilkan voltan yang mencukupi untuk membendung transistor lulus pada arus rendah. Output 12V tambahan disambungkan ke input tiga pengawal selia 5M 1A LM2940 ultra-rendah yang mana dua digunakan untuk output USB dan yang lain adalah untuk output panel depan. Salah satu output 5V disambungkan ke pengatur AMS1117 untuk output 3.3V. Jadi rangkaian rangkaian pengawal selia yang berbeza.

Output pemboleh ubah diambil dari U3 seperti yang ditunjukkan dalam skema. Saya menggunakan potensiometer 5K secara bersiri dengan periuk 1K untuk mempunyai penyesuaian voltan keluaran yang kasar dan halus. Modul voltmeter DSN DVM-368 (tutorial di laman web saya) disambungkan ke output berubah untuk memaparkan voltan di panel depan. Lihat bahagian "Pendawaian" untuk melihat pengubahsuaian yang akan dibuat pada modul voltmeter. Anda boleh menggunakan modul V atau A lain tanpa banyak pengubahsuaian.

Muat turun gambar-p.webp

Langkah 3: Model 3D SketchUp

Untuk merancang penempatan penyambung, suis dll dan untuk mendapatkan dimensi yang betul untuk memotong papan MDF, saluran aluminium dan lain-lain, saya mula-mula merancang model 3D kotak PSU di SketchUp. Saya sudah mempunyai semua komponen dengan saya. Oleh itu, merancang model itu mudah. Saya menggunakan papan MDF dengan ketebalan 6 mm dan penyemperitan aluminium (sudut) berukuran 25 mm dan ketebalan 2 mm. Anda boleh memuat turun fail model SketchUp menggunakan pautan di bawah.

Fail LM317 PSU SketchUp 2014: Muat turun fail di bawah. Anda bebas memuat turun, mengubah suai dan mengedarkan semula bahan ini.

Langkah 4: Kumpulkan Alat dan Bahagian

Ini adalah bahan, alat dan komponen yang diperlukan.

Untuk kotak PSU,

• Papan MDF ketebalan 6 mm.
• Ekstrusi Bersudut Aluminium - saiz 25 mm, ketebalan 2mm.
• Skru mesin 25 mm dengan kepingan, kepala bulat dan kacang serta mesin basuh yang serasi.
• Lembaran akrilik atau ABS ketebalan 3-4 mm.
• Heatsink dan kipas Aluminium CPU lama.
• Kaki PVC bersaiz 1.5 cm.
• Cat semburan hitam matte.
• Primer MDF.

Untuk papan litar,

• 3x TIP2955 (pakej TO-247)
• Penebat Mica untuk transistor TO-247
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• Perintang 3x 2W, 100 Ohm
• Kapasitor seramik 10x 100 nF
• 6x 1N4007 dioda
• 470 uF, penutup elektrolitik 40V
• 1x 6A4 diod
• Perintang 3x 1K
• Perintang 3x 200 Ohm
• Pemegang fius dan fius 1x 3-4A
• 100 uF, topi elektrolitik 10V
• Potensiometer linear 1x 1K
• Potensiometer linear 1x 5K
• Tombol potensiometer 2x
• Blok terminal 2 pin
• Heatsink untuk pakej TO220
• Pasta sinki panas
• Suis Toggle / Tuas 4x SPST
• Kabel dan wayar dari bekalan kuasa PC lama
• Tiub pengecutan panas 3mm dan 5mm
• PCB matriks berlubang
• Pengepala pin lelaki
• 2x Reseptor USB jenis A wanita
• Penyambung pembesar suara 4x ATAU tiang pengikat 8x
• Suis rocker 1x SPST / DPDT
• LED 4x 3mm / 5mm
• 1x voltmeter DSN-DVM-368
• Penyambung tong DC 5x Wanita (boleh diskru)
• Pembuangan plastik

Alat

• Bilah gergaji besi
• Mesin gerudi
• Pemain hidung
• Jenis fail yang berbeza
• Jenis sepana yang berbeza
• Pita pengukur
• Penanda CD kekal hitam
• Banyak jenis pemacu skru Philips dan skru (beli kit)
• Pisau dan bilah yang boleh ditarik balik
• Alat putar (tidak perlu jika anda mempunyai kemahiran)
• Kertas pasir bersaiz 300 dan 400 grit
• Nipper (untuk wayar tembaga)
• Multimeter
• Besi pematerian
• Kawat dan fluks pateri
• Pelucut wayar
• Pinset
• Dan sebarang alat yang anda dapati.
• Topeng pencemaran / habuk untuk melindungi dari cat.

Langkah 5: Membina Papan Litar

Potong papan wangi mengikut keperluan anda. Kemudian letakkan dan pateri komponen mengikut skema. Saya tidak membuat fail PCB untuk mengukir. Tetapi anda boleh menggunakan fail skema Eagle di bawah untuk membuat PCB sendiri. Jika tidak, gunakan kepintaran anda untuk merancang penempatan dan penghalaan dan menyelesaikan semuanya dengan baik. Basuh PCB dengan larutan IPA (Isopropil Alkohol) untuk membersihkan sisa-sisa pateri.

Langkah 6: Membina Kotak

Semua dimensi dengan mana papan MDF, saluran aluminium akan dipotong, dimensi lubang, peletakan lubang dan semuanya ada dalam model SketchUp. Buka sahaja fail di SketchUp. Saya telah mengumpulkan beberapa bahagian, jadi anda boleh menyembunyikan bahagian model dengan mudah dan menggunakan alat Ukur untuk mengukur dimensi. Semua dimensi adalah dalam mm atau cm. Gunakan bit 5mm untuk lubang penggerudian. Sentiasa periksa penjajaran lubang dan bahagian lain untuk memastikan semuanya mudah disatukan. Gunakan kertas pasir untuk melicinkan permukaan saluran MDF dan Aluminium.

Anda akan mendapat idea bagaimana membina kotak setelah anda memeriksa model 3D. Anda boleh mengubahnya mengikut keperluan anda. Ini adalah tempat di mana anda dapat memanfaatkan kreativiti dan imaginasi anda dengan maksimum.

Untuk panel depan, gunakan kepingan akrilik atau ABS dan potong lubang di dalamnya menggunakan pemotong laser jika anda dapat mengaksesnya. Tetapi sayangnya saya tidak mempunyai mesin laser dan mencari satu akan menjadi tugas yang membosankan. Oleh itu, saya memutuskan untuk mengikuti pendekatan tradisional. Saya menjumpai bingkai plastik dan kotak dari peti sejuk lama dari sebuah kedai sampah. Sebenarnya saya membelinya dengan harga yang tidak berpatutan. Salah satu bingkai itu tebal dan cukup rata untuk digunakan sebagai panel depan; ia tidak terlalu tebal dan tidak terlalu nipis. Saya memotongnya dengan ukuran yang betul dan menggerudi dan memotong lubang di dalamnya, untuk menampung semua suis dan penyambung output. Mesin gergaji besi dan mesin penggerudi adalah alat utama saya.

Oleh kerana reka bentuk kotak yang khusus, anda mungkin menghadapi masalah memasang panel depan ke bahagian kotak yang lain. Saya menempelkan kepingan plastik ABS di belakang sudut menghadap ke depan dan mengacukannya secara langsung tanpa memerlukan kacang. Anda perlu melakukan sesuatu seperti ini atau sesuatu yang lebih baik.

Untuk heatsink, saya menggunakan satu dari pendingin CPU lama. Saya menggerudi lubang di dalamnya dan melampirkan ketiga transistor lulus dengan penebat mika (INI PENTING!) Di antara keduanya untuk pengasingan elektrik. Menyedari bahawa heatsink sahaja tidak akan berjaya, saya kemudian menambah kipas penyejuk dari bahagian luar tabung pendingin dan menyambungkannya ke 12V tambahan.

Langkah 7: Mengecat Kotak

Mula-mula anda perlu mencampurkan MDF dengan kertas pasir bersaiz 300 atau 400 grit. Kemudian sapukan lapisan primer kayu nipis dan seragam MDF. Sapukan lapisan lain setelah lapisan pertama cukup kering. Ulangi ini mengikut keperluan anda dan biarkan kering selama 1 atau 2 hari. Anda perlu mengoles lapisan primer sebelum menyemburkan cat. Lukisan senang menggunakan tin cat yang dimampatkan.

Langkah 8: Pendawaian

Betulkan papan yang anda solder di tengah lembaran bawah dan skru menggunakan skru mesin kecil dan penutup di antara mereka. Saya menggunakan wayar dari bekalan kuasa komputer lama kerana ia berkualiti. Anda boleh memasang wayar solder terus ke papan atau menggunakan penyambung atau header pin. Saya membuat PSU terburu-buru jadi saya tidak menggunakan penyambung apa pun. Tetapi disarankan untuk menggunakan penyambung kapanpun dan di mana sahaja mungkin, untuk menjadikan semuanya modular dan mudah dipasang dan dibongkar.

Saya menghadapi beberapa masalah yang agak pelik semasa pendawaian dan ujian awal. Yang pertama adalah ketidakstabilan output. Semasa kita menggunakan elemen lulus PNP, output akan berayun memberikan voltan DC berkesan yang berkurang pada meter. Saya terpaksa menyambung kapasitor elektrolitik bernilai tinggi untuk menyelesaikan masalah ini. Masalah seterusnya ialah perbezaan voltan keluaran di papan dan pada penyambung output! Saya masih tidak tahu apa sebenarnya masalahnya, tetapi saya menyelesaikannya dengan menyolder beberapa perintang bernilai tinggi, 1K, 4.7K dll, di terminal output secara langsung. Saya menggunakan nilai perintang 2K (1K + 1K) untuk memprogramkan output Aux 12V dan 12V utama.

Kami hanya memerlukan voltmeter DSN-DVM-368 untuk output berubah kerana semua output lain tetap. Mula-mula anda mesti memutuskan sambungan (PENTING!) Pelompat (Jumper 1) seperti yang ditunjukkan dalam gambar kemudian gunakan ketiga-tiga wayar seperti dalam skema. Voltmeter sudah mempunyai pengatur 5V di dalamnya. Memberi makan 12V terus ke dalamnya akan menyebabkan pemanasan yang tidak diingini. Oleh itu, kami menggunakan pengatur 7809, 9V antara AUX 12V dan input Vcc voltmeter. Saya terpaksa menjadikan komponen 7809 sebagai "terapung" kerana ia ditambahkan setelah saya menyolder papan.

Langkah 9: Menguji

Sambungkan SMPS dengan nilai voltan antara 15-35V dan arus minimum 2A, untuk memasukkan papan melalui bicu tong DC. Saya menggunakan SMV 36V 2A dengan perlindungan arus lebih (shutdown) terbina dalam. Lihat di atas jadual pengukuran dari ujian beban.

Peraturan beban di sini tidak begitu baik kerana keterbatasan daya output SMPS yang saya gunakan. Ia akan menghadkan arus dan penutupan pada arus tinggi. Oleh itu, saya tidak dapat menjalankan ujian arus lonjakan. Hingga 14V, peraturan beban kelihatan baik. Tetapi voltan set di atas 15V (# 8, # 9, # 10), apabila saya menyambungkan beban, voltan keluaran akan berkurang menjadi sekitar 15V dengan arus tetap 3.24A. Pada # 10, voltan yang dimuat adalah separuh daripada voltan yang ditetapkan pada arus 3.24A! Jadi nampaknya SMPS saya tidak memberikan arus yang mencukupi untuk mengekalkan voltan pada apa yang ditetapkan. Kuasa maksimum yang saya dapat ialah pada # 11, 58W. Oleh itu, selagi anda mengekalkan arus keluaran rendah, voltan output akan tetap berada di tempat yang sepatutnya. Sentiasa perhatikan voltan, arus dan suhu sinki panas kerana sejumlah besar kuasa akan hilang di sana.

Langkah 10: Penamat

Setelah anda menyelesaikan ujian, pasang semuanya dan labelkan panel depan dengan cara yang anda suka. Saya mengecat panel depan dengan cat perak dan menggunakan penanda kekal untuk melabel sesuatu (bukan kaedah yang baik). Saya meletakkan pelekat DIY yang saya dapatkan dengan Arduino pertama saya, di bahagian depan.

Langkah 11: Kebaikan dan Keburukan

Terdapat banyak kelebihan dan juga kekurangan dengan reka bentuk bekalan kuasa ini. Selalu patut dikaji.

Kelebihan

• Mudah direka, dibina dan diubahsuai kerana ia adalah bekalan kuasa terkawal linear.
• Gelombang yang tidak diingini pada output berbanding unit SMPS biasa.
• Kurangnya gangguan EM / RF yang dihasilkan.

Kekurangan

• Kecekapan yang lemah - sebahagian besar kuasa disia-siakan sebagai haba di bahagian pendingin.
• Peraturan beban yang lemah berbanding dengan reka bentuk bekalan kuasa SMPS.
• Saiznya besar berbanding SMPS yang serupa.
• Tiada pengukuran atau had semasa.

Langkah 12: Penyelesaian masalah

Multimeter digital adalah alat terbaik untuk menyelesaikan masalah bekalan kuasa. Periksa semua pengatur sebelum menyolder menggunakan papan roti. Sekiranya anda mempunyai dua DMM, maka kemungkinan untuk mengukur arus dan voltan secara serentak.

1. Sekiranya tidak ada daya pada output, periksa voltan dari pin input, pada pin input pengatur dan periksa semula apakah sambungan PCB betul.
2. Sekiranya anda mendapati output berayun, tambahkan kapasitor elektrolitik dengan nilai tidak kurang dari 47uF berhampiran terminal output. Anda boleh menyoldernya terus ke terminal output.
3. Jangan pendekkan output atau sambungkan beban impedans rendah pada output. Ini boleh menyebabkan pengatur gagal kerana tidak ada batasan semasa dalam rancangan kami. Gunakan sekering nilai yang sesuai pada input utama.

Langkah 13: Penambahbaikan

Ini adalah bekalan kuasa linear asas. Jadi banyak yang boleh anda tingkatkan. Saya membina ini dengan tergesa-gesa kerana saya sangat memerlukan bekalan kuasa berubah-ubah. Dengan bantuan ini, saya dapat membina "Precision Digital Power Supply" yang lebih baik pada masa akan datang. Berikut adalah beberapa cara untuk memperbaiki reka bentuk semasa,

1. Kami menggunakan pengatur linier seperti LM317, LM2940 dan lain-lain. Seperti yang saya katakan sebelum ini sangat tidak cekap dan tidak dapat digunakan untuk penyediaan tenaga bateri. Jadi apa yang boleh anda lakukan adalah, cari salah satu modul wang DC-DC murah dari mana-mana kedai dalam talian dan gantikan pengatur linier dengan mereka. Mereka lebih cekap (> 90%), mempunyai peraturan beban yang lebih baik, keupayaan lebih banyak semasa, pengehadan arus, perlindungan litar pintas dan semua. LM2596 adalah sejenisnya. Modul buck (step down) akan mempunyai potensiometer ketepatan di atas. Anda boleh menggantinya dengan "potensiometer multi-turn" dan menggunakannya di panel depan dan bukannya pot linear biasa. Itu akan memberi anda lebih banyak kawalan ke atas voltan output.
2. Kami hanya menggunakan voltmeter di sini, jadi kami buta mengenai arus bekalan PSU kami. Terdapat modul pengukuran "Voltan dan Arus" yang murah. Beli satu dan tambahkan ke output, mungkin satu untuk setiap output.
3. Tidak ada ciri semasa dalam reka bentuk kami. Oleh itu, cubalah memperbaikinya dengan menambahkan fungsi mengehadkan semasa.
4. Sekiranya kipas heatsink anda bising, cuba tambah pengawal kipas sensitif suhu dengan kawalan kelajuan.
5. Fungsi pengecasan bateri dapat ditambah dengan mudah.
6. Keluaran berasingan untuk ujian LED.

Hadiah Pertama dalam Peraduan Bekalan Kuasa