תוכן עניינים:
2025 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2025-01-13 06:57
ספק כוח הוא ללא ספק ציוד הכרחי לכל מעבדת אלקטרוניקה או לכל מי שרוצה לבצע פרויקטים אלקטרוניים, במיוחד ספק כוח משתנה. במדריך זה אראה לך כיצד בניתי אספקת חשמל ליניארית חיובית ליניארית LM317 מבוססת משתנה 1.2-30V (1.2V עד מתח כניסה -2.7V למעשה).
אלה התכונות שרציתי שיהיה לי PSU.
- פלט משתנה אחד עם מינימום זרם 2 A.
- קבוע 12 וולט עם 2A.
- קבוע 5 וולט עם 2 A.
- קבוע 3.3 וולט עם 1A.
- שתי יציאות USB להטענת טלפונים במהירות 1A.
ספק הכוח אינו משתמש בשנאי במקום זאת הוא מפחית מתח כניסה קבוע בטווח של 15-35V למתחים רבים ושונים ביציאה. אז אתה יכול להפעיל יחידה זו על ידי כל SMPS עם מתח מדורג 15-35V וזרם 2-5A או אספקת שנאי עם אותם מפרט.
שלב 1: הכנה
- עבור אל https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download והורד תוכנת לכידה סכמטית של Eagle למערכת ההפעלה שלך.
- עבור אל https://www.sketchup.com/download והורד את הגרסה האחרונה של SketchUp והתקן אותה.
- מצא SMPS טוב עם דירוג מתח בין 15-36V או צור ספק מבוסס שנאי עם מתח יציאה DC 15-36V.
שלב 2: סכמטי
הסכימה תעניק לך תובנה על התוכנית שלי. אבל הוא לא תוכנן ליצירת קובץ PCB, כיוון שאני בדרך כלל מבצע לעיצוב חד פעמי שלי. אז לא היה אכפת לי מחבילות הרכיבים. עליך לבחור חבילות מתאימות אם ברצונך ליצור פריסת PCB. ישנם שלושה LM317s ושלושה TIP2955 PNP טרנזיסטורים לכל אחד. כל אחד מאותם LM317 יקטין את הכניסה של 36V למתח מתוכנת. U2 יפיק 12V קבוע, U3 יפיק מתח משתנה ו- U1 ייצר 12V עזר עבור רגולטורים 5V ו -3.3 אחרים כדי להפחית את החום המופזר על ידם.
LM317 יכול לספק זרם פלט העולה על 1.5A. אך במקרה זה, עם הבדל גדול במתח הכניסה והיציאה, LM317 יצטרך לפזר את העוצמה העודפת כחום; כל כך הרבה חום. אז אנו משתמשים ברכיבי מעבר. כאן השתמשתי בטרנזיסטור כוח TIP2955 כאלמנט מעבר בצד החיובי. אתה יכול להשתמש ב- TIP3055 או 2N3055 כאלמנט מעבר בצד השלילי או בצד הפלט. אך הסיבה שבחרתי ב- PNP היא מכיוון שהם אינם משנים את מתח המוצא כפי שהטרנזיסטורים של NPN היו עושים (הפלט יהיה גבוה +0.7V כאשר משתמשים ב- NPN). טרנזיסטורים PNP משמשים כאלמנטים של מעבר בווסתים של נשירה נמוכה ונשירה במיוחד. אך הם מציגים כמה בעיות יציבות פלט הניתנות להפחתה על ידי הוספת קבלים ביציאה.
נגדי 2W R5, R7 ו- R9 ייצרו מספיק מתח כדי להטות את טרנזיסטורי המעבר בזרמים נמוכים. יציאת העזר 12V מחוברת לכניסות של שלושה LM2940 נשירים נמוכים במיוחד 5V 1A מתוכם שניים משמשים ליציאות USB והשני ליציאה בלוח הקדמי. אחד מיציאת 5V מחובר לווסת AMS1117 ליציאת 3.3V. אז זו רשת סדרה של רגולטורים שונים.
הפלט המשתנה נלקח מ- U3 כפי שמוצג בסכימה. השתמשתי בפוטנציומטר 5K בסדרה עם סיר 1K כדי לקבל התאמה גסה ועדינה של מתח המוצא. מודול וולטמטר DSN DVM-368 (הדרכה באתר שלי) מחובר לפלט המשתנה כדי להציג את המתח בלוח הקדמי. עיין בסעיף "חיווט" כדי לראות את השינויים שיש לבצע במודול מד המתח. אתה יכול להשתמש בכל מודולי V או A אחרים ללא שינויים רבים.
הורד כאן את תמונת-p.webp
שלב 3: דגם תלת מימד של SketchUp
כדי לתכנן את מיקום המחברים, המתגים וכו 'וכדי לקבל מידות נכונות לחיתוך לוח MDF, ערוץ אלומיניום וכו', תכננתי לראשונה דגם תלת מימד של תיבת ה- PSU ב- SketchUp. כבר היו לי את כל הרכיבים איתי. אז עיצוב הדגם היה קל. השתמשתי בלוח MDF בעובי 6 מ"מ ובחולצות אלומיניום (זווית) בגודל 25 מ"מ ובעובי 2 מ"מ. אתה יכול להוריד את קובץ הדגם של SketchUp באמצעות הקישור שלהלן.
קובץ LM317 PSU SketchUp 2014: הורד את הקובץ למטה. אתה חופשי להוריד, לשנות ולהפיץ חומר זה מחדש.
שלב 4: אסוף כלים וחלקים
אלו הם החומרים, הכלים והרכיבים הנדרשים.
עבור תיבת PSU,
- לוח MDF בעובי 6 מ"מ.
- שחול זווית אלומיניום - גודל 25 מ"מ, עובי 2 מ"מ.
- ברגי מכונה 25 מ"מ עם ראש מחורץ ועגול ומוגנים ותותבים תואמים.
- יריעת אקריליק או ABS בעובי 3-4 מ"מ.
- גוף קירור ומאוורר אלומיניום ישן.
- רגלי PVC בגודל 1.5 ס"מ.
- צבע ריסוס שחור מאט.
- פריימר MDF.
ללוח מעגלים,
- 3x TIP2955 (חבילת TO-247)
- מבודדי נציץ לטרנזיסטורים TO-247
- 3x LM317T
- 3x LM2940
- 1x AMS1117-3.3
- 3x 2W, 100 נגדים נגדים
- קבלים קרמיים 10x100 nF
- 6x 1N4007 דיודות
- 470 uF, 40V כובעים אלקטרוליטיים
- 1x דיודה 6A4
- נגדים 3x 1K
- נגדי 3x 200 אוהם
- 1x 3-4A נתיכים ומחזיקי נתיכים
- 100 כפות אלקטרוליטיות 10 uF
- 1x 1K פוטנציומטר ליניארי
- 1x 5K פוטנציומטר ליניארי
- 2x ידיות פוטנציומטר
- 2 פיני מסוף
- כיורי קירור לחבילות TO220
- משחת גוף קירור
- 4 מתגי מנוף/מנוף SPST
- כבלים וחוטים מספקי כוח ישנים של מחשבים אישיים
- צינורות כיווץ חום של 3 מ"מ ו -5 מ"מ
- PCB מטריקס מחורר
- כותרות סיכה לזכר
- 2 קולטני USB מסוג A נקבה
- 4x מחברי רמקולים או 8x עמודי כריכה
- 1x מתג נדנדה SPST/DPDT
- נוריות 4x 3 מ"מ/5 מ"מ
- 1x DSN-DVM-368 וולטמטר
- 5x מחברי חבית DC נקבה (ניתנים להברגה)
- עמידות מפלסטיק
כלים
- להבי מסור
- מקדחה
- שחקן אף
- סוגים שונים של קבצים
- סוגים שונים של מפתחות
- סרט מדידה
- סמן CD קבוע שחור
- סוגים רבים של פיליפס ומברגים מחורצים (קנה ערכה)
- סכין ולהבים נשלפים
- כלי סיבוב (לא הכרחי אם יש לך מיומנות)
- 300 ו -400 ניירות חול בגודל חצץ
- ניפר (לחוטי נחושת)
- מולטימטר
- מלחם
- חוט הלחמה ושטף
- חשפניות חוטים
- מַלְקֶטֶת
- וכל כלי שתמצא.
- מסכת זיהום/אבק להגנה מפני צבע.
שלב 5: בניית לוח המעגלים
חותכים את לוח הלוח לפי הדרישה שלך. לאחר מכן הניח והלחם רכיבים לפי הסכימה. לא הכנתי קובץ PCB לחריטה. אבל אתה יכול להשתמש בקובץ הסכמתי של Eagle להלן כדי ליצור PCB בעצמך. אחרת השתמשי בחוכמתך לתכנן את המיקומים והניתוב ולהלחם הכל יפה. שטפו את ה- PCB בתמיסת IPA (איזופרופיל אלכוהול) לניקוי שאריות הלחמה.
שלב 6: בניית הקופסה
כל הממדים שבעזרתם יש לחתוך את לוח ה- MDF, תעלות האלומיניום, ממדי החורים, מיקומי החורים וכולם במודל SketchUp. פשוט פתח את הקובץ ב- SketchUp. קיבצתי חלקים יחד, כך שתוכל להסתיר בקלות חלקים מהדגם ולהשתמש בכלי מדידה למדידת המידות. כל המידות הן במ"מ או ס"מ. השתמש בביטים של 5 מ"מ לקידוח חורים. בדוק תמיד את יישור החורים וחלקים אחרים כדי לוודא שהכל יתאים בקלות יחד. השתמש בניירות חול כדי להחליק את פני השטח של ערוצי MDF ואלומיניום.
תקבל את הרעיון כיצד לבנות את הקופסה ברגע שתבחן את דגם התלת מימד. אתה יכול לשנות אותו בהתאם לצרכיך. זהו מקום בו תוכל לנצל את היצירתיות והדמיון שלך למקסימום.
עבור הלוח הקדמי, השתמש בגיליון אקרילי או ABS וחתוך בו חורים באמצעות חותך לייזר אם תוכל לגשת לאחד. אך לצערי לא הייתה לי מכונת לייזר ומציאתה תהיה משימה מייגעת. אז החלטתי להישאר בגישה המסורתית. מצאתי מסגרות וקופסאות פלסטיק ממקררים ישנים מחנות גרוטאות. למעשה קניתי אותם במחיר לא סביר. אחת מהמסגרות הייתה עבה ושטוחה מספיק כדי לשמש כפנל קדמי; הוא לא היה עבה מדי ולא דק מדי. חתכתי אותו במידות נכונות וקדחתי וחתכתי בו חורים, כך שיתאימו לכל המתגים ומחברי הפלט. מסור ומכונת קידוח היו הכלים העיקריים שלי.
בשל העיצוב הספציפי של התיבה, ייתכן שתתקל בבעיה כלשהי בחיבור הלוח הקדמי לשאר הקופסא. הדבקתי פיסות פלסטיק של פלסטיק ABS מאחורי הזוויות הפונות הקדמיות והברגתי אותן ישירות מבלי להזדקק לאומים. תצטרך לעשות משהו כזה או משהו טוב יותר.
עבור גוף הקירור, השתמשתי באחד ממקרר מעבד ישן. קידחתי בו חורים והצמדתי ביניהם את כל שלושת טרנזיסטורי המעבר עם מבודדי נציץ (זה חשוב!) לבידוד חשמלי. כשהבנתי שגוף הקירור לבדו לא יעשה את העבודה, הוספתי מאוחר יותר מאוורר קירור מבחוץ של גוף הקירור וחיברתי אותו ל- 12V העזר.
שלב 7: צביעת הקופסה
ראשית עליך לשייף את MDF בנייר זכוכית בגודל 300 או 400. לאחר מכן יש למרוח שכבה דקה ואחידה של פריימר עץ או פריימר MDF. מרחו שכבה נוספת לאחר שהשכבה הראשונה מיובשת מספיק. חזור על הפעולה בהתאם לדרישתך ותן לו להתייבש במשך יום או יומיים. עליך לשייף את שכבת הפריימר לפני שתוכל לרסס את הצבע. הציור קל באמצעות פחי צבע דחוסים.
שלב 8: חיווט
תקן את הלוח שהלחמת במרכז הסדין התחתון והברג אותו באמצעות ברגי מכונה קטנים וסטים ביניהם. השתמשתי בחוטים מספקי כוח ישנים למחשב מכיוון שהם באיכות טובה. אתה יכול לחבר חוטים ישירות ללוח או להשתמש במחברים או בכותרות סיכה. הכנתי את ה- PSU בחיפזון ולכן לא השתמשתי במחברים. אך מומלץ להשתמש במחברים בכל פעם ובכל מקום אפשרי, כדי שהכל יהיה מודולרי וקל להרכבה ופירוק.
נתקלתי בבעיות מוזרות למדי בזמן החיווט ובבדיקה הראשונית. הראשון היה חוסר היציבות של הפלט. כאשר אנו משתמשים ברכיבי מעבר PNP, הפלט יתנדנד וייתן מתח DC מופחת יעיל על המד. הייתי צריך לחבר קבלים אלקטרוליטיים בעלי ערך גבוה כדי לתקן את הבעיה הזו. הבעיה הבאה הייתה ההבדל במתח היציאה בלוח ובמחברי הפלט! אני עדיין לא יודע מה הבעיה בדיוק, אבל פתרתי זאת על ידי הלחמה של כמה נגדים בעלי ערך גבוה, 1K, 4.7K וכו ', במסופי הפלט ישירות. השתמשתי בערך הנגד של 2K (1K+1K) כדי לתכנת את יציאות ה- Aux 12V והעיקריות של 12V.
אנחנו צריכים רק את מד המתח DSN-DVM-368 עבור הפלט המשתנה מכיוון שכל היציאות האחרות קבועות. ראשית עליך לנתק (חשוב!) את המגשר (מגשר 1) כפי שמוצג באיור ולאחר מכן להשתמש בשלושת החוטים כמו בסכימה. במד המתח יש כבר וסת 5V בפנים. הזנת 12V ישירות אליו תגרום לחימום לא רצוי. אז אנו משתמשים בווסת 7809, 9V בין AUX 12V לבין קלט ה- Vcc של מד המתח. הייתי צריך להפוך את 7809 לרכיב "צף" כפי שהוא הוסיף לאחר שהלחמתי את הלוח.
שלב 9: בדיקה
חבר SMPS עם דירוג מתח בין 15-35V וזרם של מינימום 2A, לכניסת הלוח אם כי שקע חבית DC. השתמשתי ב- 36V 2A SMPS עם הגנה על זרם יתר (כיבוי) מובנה. ראה מעל טבלת המידות ממבחן העומס.
ויסות העומס כאן אינו כל כך טוב בשל מגבלת הספק הפלט של ה- SMPS שאני משתמשת בו. זה יגביל את הזרם והכיבוי בזרמים גבוהים. אז לא יכולתי לבצע בדיקות זרם נחשול. עד 14V, ויסות העומס נראה טוב. אבל מעל מתח מוגדר של 15V (#8, #9, #10), כשאני מחבר את העומס, מתח היציאה יפחת לסביבות 15V עם זרם קבוע של 3.24A. ב #10, המתח הטעון הוא חצי מהמתח שנקבע בזרם 3.24A! אז נראה כאילו ה- SMPS שלי לא מספק מספיק זרם כדי לשמור על המתח במה שמוגדר. ההספק המרבי שהצלחתי להשיג היה ב #11, של 58W. אז, כל עוד אתה שומר על זרם הפלט נמוך, מתח המוצא יישאר במקום שהוא אמור. עקוב תמיד אחר המתח, הזרם והטמפרטורה של גוף הקירור מכיוון שכמות חשמל משמעותית תתפוגג שם.
שלב 10: סיום
לאחר שתסיים את הבדיקות, הרכיב הכל ותייג את הלוח הקדמי כפי שאתה אוהב. ציירתי את הלוח הקדמי בצבע כסף והשתמשתי בטוש קבוע לסימון דברים (לא דרך נחמדה לעשות זאת). שמתי מדבקה מסוג DIY שקיבלתי עם הארדואינו הראשון שלי, בחזית.
שלב 11: יתרונות וחסרונות
ישנם יתרונות רבים וחסרונות בעיצוב אספקת החשמל הזה. תמיד כדאי ללמוד אותם.
יתרונות
- קל לעצב, לבנות ולשנות מכיוון שהוא ספק כוח מוסדר ליניארי.
- אדוות פחות בלתי רצויות בתפוקה בהשוואה ליחידות SMPS רגילות.
- פחות הפרעות EM/RF מיוצרות.
חסרונות
- יעילות ירודה - רוב הכוח מבוזבז כחום בגופי הקירור.
- ויסות עומס גרוע בהשוואה לעיצוב אספקת החשמל של SMPS.
- גודל גדול בהשוואה למחשבי SMPS דומים.
- אין מדידה או הגבלה שוטפת.
שלב 12: פתרון בעיות
מולטימטר דיגיטלי הוא הכלי הטוב ביותר לפתרון בעיות באספקת החשמל. בדוק את כל הרגולטורים לפני הלחמה באמצעות קרש לחם. אם יש לך שני DMM, אפשר למדוד את הזרם והמתח בו זמנית.
- אם אין כוח ביציאה, בדוק את המתחים מסיכת הכניסה, בסיכות הכניסה של הרגולטור ובדוק שוב אם חיבורי ה- PCB תקינים.
- אם אתה מוצא שהפלט מתנדנד, הוסף קבל אלקטרוליטי בעל ערך לא פחות מ- 47uF ליד מסופי הפלט. אתה יכול להלחם אותם ישירות למסופי הפלט.
- אין לקצר את היציאות או לחבר עומס עכבה נמוך ביציאות. זה עלול לגרום לרגולטורים להיכשל כיוון שאין שום מגבלת זרם בעיצוב שלנו. השתמש בנתיך ערך מתאים בכניסה הראשית.
שלב 13: שיפורים
זהו ספק כוח ליניארי בסיסי. אז יש הרבה מה לשפר. בניתי את זה בחיפזון מכיוון שהייתי צריך כל כך הרבה ספק כוח משתנה. בעזרת זה, אני יכול לבנות "ספק כוח דיגיטלי דיוק" טוב יותר בעתיד. הנה כמה דרכים לשפר את העיצוב הנוכחי,
- השתמשנו בווסתים ליניאריים כמו LM317, LM2940 וכו 'כפי שאמרתי קודם כל אלה אינם יעילים ואינם יכולים לשמש להתקנה המופעלת באמצעות סוללות. אז מה שאתה יכול לעשות הוא למצוא אחד מאותם מודולי DC-DC זולים מכל החנויות המקוונות ולהחליף בהם את הרגולטורים הליניאריים. הם יעילים יותר (> 90%), בעלי ויסות עומס טוב יותר, יכולת זרם יותר, הגבלת זרם, הגנה על קצר חשמלי והכל. LM2596 הוא אחד מסוג זה. מודולי הכסף (הורד למטה) יהיו בעלי פוטנציומטר דיוק למעלה. אתה יכול להחליף אותו ב"פוטנציומטר רב סיבובים "ולהשתמש בו בלוח הקדמי במקום בסירים ליניאריים רגילים. זה ייתן לך יותר שליטה על מתח היציאה.
- השתמשנו רק במד וולטר אז אנחנו עיוורים מהזרם שמספק ה- PSU שלנו. קיימים מודולי מדידה זולים "מתח וזרם". קנה אחד והוסף לפלט, עשוי להיות אחד לכל פלט.
- אין תכונה מגבילה הנוכחית בעיצוב שלנו. אז נסה לשפר אותו על ידי הוספת פונקציה מגבילה הנוכחית.
- אם מאוורר גוף הקירור שלך רועש, נסה להוסיף בקר מאוורר רגיש לטמפרטורה עם בקרת מהירות.
- ניתן להוסיף פונקציית טעינת סוללות בקלות.
- יציאות נפרדות לבדיקת LED.
פרס ראשון בתחרות אספקת החשמל