DIY analogowy zasilacz stołowy o zmiennej wysokości z precyzyjnym ogranicznikiem prądu: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

W tym projekcie pokażę Ci, jak wykorzystać słynny LM317T z tranzystorem mocy Current Booster oraz jak wykorzystać wzmacniacz z czujnikiem prądu Linear Technology LT6106 do precyzyjnego ogranicznika prądu. Ten układ może pozwolić na zużycie do ponad 5A, ale tym razem jest używany tylko do lekkiego obciążenia 2A, ponieważ wybrałem stosunkowo mały transformator 24V 2A i małą obudowę. I wolę napięcie wyjściowe od 0,0V, następnie dodaję kilka diod szeregowo, aby anulować minimalne napięcie wyjściowe LM317 1,25V. ta specyfikacja. pozwala również na zabezpieczenie przeciwzwarciowe. Obwody te są połączone w celu stworzenia analogowego zmiennego zasilacza stołowego, który generuje 0,0V-28V i 0,0A-2A z precyzyjnym ogranicznikiem prądu. Regulacja i poziom szumów są całkiem dobre w porównaniu z podobnymi zasilaczami opartymi na przetwornikach DC-DC. Dlatego ten model lepiej jest używać zwłaszcza do analogowych zastosowań audio. Zacznijmy !

Krok 1: Schemat i lista części

Chciałbym wam pokazać cały schemat tego projektu.

Dla łatwego wyjaśnienia podzieliłem schemat otworów na trzy części. ① Sekcja wejściowa AC 、② Sekcja środkowa (obwody sterujące DC) 、③ Sekcja wyjściowa.

Chciałbym kontynuować wyjaśnianie listy części odpowiednio dla każdej sekcji.

Krok 2: Przygotowanie do wiercenia obudowy i wiercenia

Powinniśmy najpierw zebrać części zewnętrzne i przewiercić obudowę (obudowę).

Projekt obudowy tego projektu został wykonany w programie Adobe Illustrator.

Jeśli chodzi o rozmieszczenie części, popełniłem wiele prób i błędów, rozważając i decydując, jak pokazuje pierwsze zdjęcie.

Ale kocham ten moment, bo mogę śnić, co mam zrobić? czy co jest lepsze?

To jak czekanie na dobrą falę. To naprawdę cenny czas! kupa śmiechu.

W każdym razie chciałbym dołączyć plik.ai i plik.pdf.

Aby przygotować się do wiercenia kopert, wydrukuj projekt na samoprzylepnym papierze formatu A4 i przyklej go do koperty.

Będą ślady podczas wiercenia obudowy i będzie to kosmetyczny projekt obudowy.

Jeśli papier się zabrudził, oderwij go i ponownie przyklej.

Jeśli przygotowałeś się do wiercenia w obudowie, możesz rozpocząć wiercenie w obudowie zgodnie ze znacznikami środka na obudowie.

Zdecydowanie zalecam opisanie rozmiaru dziur na przyklejonym papierze jako 8Φ, 6Φ w ten sposób.

Do narzędzi można używać wiertarki elektrycznej, wierteł, wierteł stopniowych oraz ręcznych nożyc lub narzędzi dremel.

Zachowaj ostrożność i poświęć wystarczająco dużo czasu, aby uniknąć wypadku.

Bezpieczeństwo

Niezbędne są okulary ochronne i rękawice ochronne.

Krok 3: ① Sekcja wejścia AC

Po zakończeniu wiercenia i wykańczania obudowy zacznijmy robić płyty elektryczne i okablowanie.

Oto lista części. Przepraszamy za niektóre linki dla japońskiego sprzedawcy.

Mam nadzieję, że podobne części dostaniesz od pobliskich sprzedawców.

1. Używane części ①Sekcja wejścia AC

Sprzedawca: części Marutsu - 1 x RC-3:

Cena: 1 330 JPY (około 12 USD)

- 1 x transformator zasilający 24V 2A AC [HT-242]:

Cena: ￥2, 790 (około 26 USD), jeśli lubisz wejście 220 V, wybierz [2H-242] ￥2, 880

- 1 x kod AC z wtyczką:

Cena: 180 ￥ (około 1,5 USD)

-1 x skrzynka bezpieczników AC (F-4000-B) Części Sato: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/15361/Cena: ￥180 (około 1,5 USD)

-1 x wyłącznik zasilania AC (duży) NKK (M-2022L/B): https://www.marutsu.co.jp/pc/i/15771/Cena: ￥380 (około 3,5 USD)

- 1 x przełącznik 12 V/24 V (mały) Miyama 【M5550K】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/112704/Cena: ￥181 (ok. 1,7 USD)

-1 x dioda prostownicza mostkowa (duża) 400V 15A 【GBJ1504-BP】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/12699673/Cena: ￥318 (około 3,0 USD)

-1 x dioda prostownicza mostkowa (mała) 400V 4A 【GBU4G-BP】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/12703750/Cena: ￥210 (około 2,0 USD)

-1 x duży kondensator 2200 uf 50 V (ESMH500VSN222MP25S): https://www.marutsu.co.jp/pc/i/52022/cena: ￥440 (około 4,0 usd)

-1 x 4p opóźniony terminal 【L-590-4P】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/17474/Cena: ￥80 (około 0,7 USD)

Przepraszamy za niewygodny link do japońskiej witryny, prosimy o wyszukanie sprzedawców zajmujących się podobnymi częściami z odsyłaniem do tych linków.

Krok 4: ② Sekcja środkowa (obwód sterowania DC)

Stąd jest to część sterująca głównego napięcia DC.

Działanie tej części zostanie wyjaśnione później na podstawie wyników symulacji.

Zasadniczo używam klasycznego LM317T z dużym tranzystorem mocy dla dużej wydajności prądowej do 3A.

Aby anulować minimalne napięcie wyjściowe 1,25V LM317T, dodałem diodę D8 dla Vf do Q2 Vbe.

Sądzę, że Vf z D8 wynosi około. 0,6V i Q2 Vbe również ok. 0,65V to suma wynosi 1,25V.

(Ale to napięcie zależy od If i Ibe, więc należy zachować ostrożność, aby użyć tej metody)

Część wokół Q3 otoczona linią przerywaną nie jest zamontowana. (opcjonalnie dla przyszłej funkcji wyłączania termicznego).

Używane części są jak poniżej, 0．1Ω 2W Akizuki Densho

radiator 【34H115L70】Części Multsu

Dioda prostownicza (100V 1A) IN4001 ebay

Układ scalony kontroli napięcia LM317T Akizuki Denshi

General Purose NPN Tr 2SC1815 Akizuki Denshi

U2 LT6106 Układ scalony wykrywania prądu Akizuki Denshi

Płytka konwersji skoku dla LT6106 (SOT23) Akizuki Denshi

Układ scalony komparatora U3 NJM2903 Akizuki Denshi

POT 10kΩ、500Ω、５KΩ Akizuki Denshi

Krok 5: ③ Sekcja danych wyjściowych

Ostatnia część to sekcja wyjścia.

Lubię liczniki analogowe w stylu retro, potem przyjąłem licznik analogowy.

I zaadoptowałem Poly Switch (bezpiecznik resetowalny) do ochrony wyjścia.

Używane części są jak poniżej, Bezpiecznik resetowalny 2,5Ａ REUF25 Akizuki Denshi

Rejestrator upustowy 2,2KΩ 2W Akizuki Denshi

Woltomierz analogowy 32V (miernik panelowy) Akizuki Denshi

3A Woltomierz analogowy (miernik panelowy) Akizuki Denshi

Terminal wyjściowy MB-126G czerwony i czarny Akizuki Denshi

Uniwersalna deska do chleba 210 x 155mm Akizuki Denshi

Terminal do deski do chleba (jak chcesz) Akizuki

Krok 6: Zakończ montaż i testowanie

Do tej pory myślę, że twoja główna płyta również została ukończona.

Proszę kontynuować okablowanie do części dołączonych do obudowy, takich jak strąki, mierniki, zaciski.

Jeśli zakończyłeś tworzenie projektu.

Ostatnim krokiem jest przetestowanie projektu.

Podstawowe dane techniczne tego zasilacza analogowego są

Zgrubna regulacja napięcia wyjściowego 1, 0 ~ 30 V i dokładna regulacja.

Prąd wyjściowy 2,0～2,0A z ogranicznikiem (polecam używać zgodnie ze specyfikacją transformatora)

3, przełącznik zmiany napięcia wyjściowego na tylnym panelu w celu zmniejszenia strat środowiskowych;

(0～12V, 12～30V)

Podstawowe testy

Testowanie pracy obwodu.

Jako obciążenie pozorne użyłem rezystora 5W 10Ω, jak pokazano na zdjęciu.

Po ustawieniu 5V zapewnia 0,5A. 10V 1A, 20V 2,0A.

A kiedy dostosujesz limit prądu do swojego ulubionego poziomu, limiter prądu zadziała.

W takim przypadku napięcie wyjściowe spada zgodnie z regulowanym prądem wyjściowym.

Testowanie przebiegu oscyloskopu

Chciałbym wam też pokazać przebiegi oscyloskopowe.

Pierwszy przebieg to przebieg wzrostu napięcia po włączeniu zasilania urządzenia.

CH1 (niebieski) jest tuż za prostownikiem i kondensatorem 2200uF ok. 35V 5V/działkę).

CH2 (błękitny) to napięcie wyjściowe urządzenia (2V/div). Jest dostosowany do 12 V i zmniejszony tętnienie wejściowe.

Drugi przebieg to przebieg powiększony.

CH1 i CH2 mają teraz 100mV/dz. Nie obserwuje się tętnienia CH2 ze względu na prawidłowe działanie sprzężenia zwrotnego układu scalonego LM317.

Następny krok chciałbym przetestować przy 11V przy obciążeniu prądowym 500mA (22Ω 5W). Czy pamiętasz niskie Ohma I = R / E ?

Następnie tętnienie napięcia wejściowego CH1 wzrasta do 350mVp-p, ale nie obserwuje się również tętnienia napięcia wyjściowego CH2.

Chciałbym porównać do jakiegoś regulatora tylnego typu DC-DC z tym samym obciążeniem 500mA.

Na wyjściu CH2 obserwuje się duży szum przełączania 200mA.

Jak widzisz, Ogólnie rzecz biorąc, zasilacz analogowy jest odpowiedni do zastosowań audio o niskim poziomie szumów.

Co ty na to ?

Jeśli masz dodatkowe pytania, śmiało pytaj mnie.

Krok 7: Załącznik 1: Szczegóły działania obwodu i wyniki symulacji

Wow, tak wielu czytelników ponad 1k odwiedziło mój pierwszy post.

Jestem po prostu grad, aby zobaczyć licznik wyświetleń.

Cóż, chciałbym wrócić do mojego tematu.

Wyniki symulacji sekcji wejściowej

Użyłem symulatora LT Spice do weryfikacji projektu obwodu.

Jeśli chodzi o sposób instalacji lub korzystania z LT Spice, poszukaj go w Google.

Jest to darmowy i dobry symulator analogowy do nauki.

Pierwszy schemat jest uproszczony do symulacji LT Spice i chciałbym również dołączyć plik.asc.

Drugi schemat służy do symulacji wprowadzania.

Określiłem offset 0 źródła napięcia DC, amplitudę 36V, częstotliwość 60Hz i rezystor wejściowy 5ohm jako specyfikacje porównawcze dla transformatora. Jak wiadomo napięcie wyjściowe transformatora jest wyświetlane w rms, wtedy wyjście 24Vrms powinno wynosić 36Vpeak.

Pierwszy przebieg to źródło napięcia + (zielony) i prostownik mostkowy + w/2200uF (niebieski). Dojdzie do około 36V.

LT Spice nie mógł używać potencjometru zmiennego, chciałbym ustawić stałą wartość tego obwodu.

Napięcie wyjściowe 12V ogranicza prąd 1A w ten sposób. Chciałbym przejść do następnego kroku.

Sekcja kontroli napięcia za pomocą LT317T

Kolejny rysunek pokazuje działanie LT317, w zasadzie LT317 pracuje jako tzw. regulator bocznikowy, co oznacza, że pin napięcia wyjściowego do Adj. pin jest zawsze napięciem odniesienia 1,25 V niezależnie od napięcia wejściowego.

Oznacza to również, że pewien prąd spada w R1 i R2. Obecny przym. LM317. pin do R2 też istnieje, ale za mały jak 100uA to możemy go pominąć.

Do tej pory można jasno zrozumieć, że prąd I1, który spad w R1 jest zawsze stały.

Wtedy moglibyśmy stworzyć wzór R1: R2=Vref(1,25V): V2. Wybieram 220Ω na R1 i 2.2K na R2, Następnie formuła jest przekształcana V2= 1,25V x 2,2k / 220 = 12,5V. Należy pamiętać, że rzeczywiste napięcie wyjściowe to V1 i V2.

Następnie na pinie wyjściowym LM317 i GND pojawia się 13.75V. A także świadomy, gdy R2 wynosi zero, wyjście 1,25 V

pozostawać.

Następnie użyłem prostego rozwiązania, po prostu używam wyjściowego tranzystora Vbe i diody Vf, aby anulować 1,25V.

Ogólnie rzecz biorąc Vbe i Vf wynosi około 0,6 do 0,7V. Ale trzeba też pamiętać o charakterystyce Ic - Vbe i If - Vf.

Pokazuje, że wymagany jest pewien prąd upustowy, gdy używasz tej metody do anulowania 1,25 V.

Dlatego dodaję upust rejestru R13 2,2K 2W. Krwawi około. 5mA przy wyjściu 12V.

Do tej pory jestem trochę zmęczony wyjaśnianiem. Potrzebuję piwa na lunch i lunch. (lol)

Następnie chciałbym stopniowo przejść do następnego tygodnia. Przepraszam za niedogodności.

W kolejnym kroku chciałbym wyjaśnić, jak dokładnie działa ogranicznik prądu, wykorzystując symulację kroku parametrów obciążenia LT Spice.

Sekcja ogranicznika prądu przy użyciu LT6106

Odwiedź witrynę Linear Technology Site i zapoznaj się z arkuszem danych dla aplikacji LT6106.

www.linear.com/product/LT6106

Chciałbym pokazać rysunek, aby wyjaśnić Typowa aplikacja, która opisuje AV=10 dla przykładu 5A.

Istnieje rejestr prądu o wartości 0,02 oma, a wykryte wyjście z pinu wyjściowego wynosi teraz 200 mV/A

pin wyjściowy wzrośnie do 1V przy 5A, prawda?

Pomyślmy o mojej aplikacji, mając na uwadze ten typowy przykład.

Tym razem chcielibyśmy użyć limitu prądu poniżej 2A, wtedy odpowiedni jest 0,1 oma.

W takim przypadku wyprowadzenie pinu wynosi 2V przy 2A ? Oznacza to, że czułość wynosi teraz 1000mV/A.

Potem musimy to zrobić, po prostu włącz / wyłącz pin LM317 ADJ z ogólnym komparatorem

jak NJM2903 LM393 lub LT1017 i ogólny tranzystor NPN, taki jak 2SC1815 lub BC337?

które odcina się z wykrytym napięciem jako progiem.

Do tej pory wyjaśnianie obwodów się skończyło i zacznijmy pełne symulacje obwodów!

Krok 8: Dodatek 2: Symulacja kroku obwodu i wyniki symulacji

Chciałbym wyjaśnić tzw. symulację krokową.

Zwykle prosta symulacja symuluje tylko jeden warunek, ale dzięki symulacji krokowej możemy zmieniać warunki w sposób ciągły.

Na przykład, definicja symulacji kroku dla rejestru obciążenia R13 jest pokazana na kolejnym zdjęciu i poniżej.

.step param Rf lista 1k 100 24 12 6 3

Oznacza to, że wartość R13 pokazana jako {Rf} waha się od 1K om, (100, 24, 12, 6) do 3 omów.

Jak wiadomo, gdy prąd 1K om pobierany do obciążenia R wynosi ①12mA

(ponieważ napięcie wyjściowe jest teraz ustawione na 12V).

i ②120mA przy 100 omach, ③1A przy 12 omach, ④2A przy 6 omach, ⑤4A przy 3 omach.

Ale widać, że napięcie progowe jest ustawione na 1V przez R3 8k i R7 2k (a napięcie dla komparatora wynosi 5V).

Następnie od warunku ③ ma działać obwód ogranicznika prądu. Następny rysunek to wynik symulacji.

A może aż tak daleko?

Może to być trochę trudne do zrozumienia. ponieważ wynik symulacji może być trudny do odczytania.

Zielone linie pokazują napięcie wyjściowe, a niebieskie linie pokazują prąd wyjściowy.

Widać, że napięcie jest względnie stabilne do 12 omów 1A, ale od 6 omów 2A napięcie spada do 6V, aby ograniczyć prąd do 1A.

Widać również, że napięcie wyjściowe DC od 12mA do 1A jest nieco obniżone.

Jest to prawie spowodowane nieliniowością Vbe i Vf, jak wyjaśniłem w poprzedniej sekcji.

Chciałbym dodać następną symulację.

Jeśli pominiesz D7 na załączonym schemacie symulacji, wyniki napięcia wyjściowego będą stosunkowo stabilne.

(ale napięcie wyjściowe jest wyższe niż poprzednie, oczywiście.)

Jest to jednak rodzaj kompromisu, ponieważ chciałbym sterować tym projektem z 0V, nawet jeśli trochę straciłem stabilność.

Jeśli zaczniesz używać symulacji analogowej, takiej jak LT Spice, łatwo jest sprawdzić i wypróbować swój pomysł na obwód analogowy.

Ummm, w końcu wygląda na to, że w końcu skończyłem pełne wyjaśnienie.

Potrzebuję kilku piw na weekend (lol)

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące tego projektu, śmiało pytaj mnie.

I mam nadzieję, że z moim artykułem wszyscy będziecie cieszyć się dobrym życiem DIY!

Pozdrowienia,