Zmienny zasilacz stołowy na bazie LM317 DIY: 13 kroków (ze zdjęciami)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-13 06:58

Zasilacz jest bezsprzecznie niezbędnym wyposażeniem każdego laboratorium elektronicznego lub każdego, kto chce realizować projekty elektroniczne, zwłaszcza zasilacz o zmiennej charakterystyce. W tym samouczku pokażę, jak zbudowałem liniowy regulator dodatni LM317 oparty na zmiennym zasilaniu 1,2-30V (w rzeczywistości 1,2V do napięcia wejściowego -2,7V).

To są cechy, które chciałem mieć mój zasilacz.

• Jedno wyjście zmienne o minimalnym prądzie 2 A.
• Stałe wyjście 12 V z 2A.
• Stałe wyjście 5 V z 2 A.
• Stałe wyjście 3,3 V z 1A.
• Dwa porty USB do ładowania telefonów prądem 1A.

Zasilacz nie korzysta z żadnego transformatora zamiast tego redukuje stałe napięcie wejściowe z zakresu 15-35V do wielu różnych napięć na wyjściu. Możesz więc zasilać to urządzenie dowolnym zasilaczem impulsowym o napięciu znamionowym 15-35V i prądzie 2-5A LUB zasilaczem transformatorowym o tych samych parametrach.

Krok 1: Przygotowanie

1. Przejdź do https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download i pobierz oprogramowanie Eagle do przechwytywania schematów dla swojego systemu operacyjnego.
2. Przejdź do https://www.sketchup.com/download i pobierz najnowszą wersję programu SketchUp i zainstaluj ją.
3. Znajdź dobry zasilacz impulsowy o napięciu znamionowym 15-36 V LUB wykonaj zasilacz transformatorowy o napięciu wyjściowym 15-36 V DC.

Krok 2: Schemat

Schemat da ci wgląd w mój plan. Ale nie został zaprojektowany do generowania pliku PCB, ponieważ zwykle używam płyty do moich jednorazowych projektów. Więc nie dbałem o pakiety komponentów. Musisz wybrać odpowiednie pakiety, jeśli chcesz stworzyć układ PCB. Na każdy z nich składają się trzy tranzystory LM317 i trzy tranzystory przepustowe TIP2955 PNP. Każdy z tych LM317 zredukuje napięcie wejściowe 36V do zaprogramowanych napięć. U2 wygeneruje stałe napięcie 12V, U3 wyprowadzi zmienne napięcie, a U1 wyprodukuje pomocnicze 12V dla innych regulatorów 5V i 3,3, aby zredukować rozpraszane przez nie ciepło.

LM317 może zapewnić prąd wyjściowy przekraczający 1,5A. Ale w tym przypadku, przy dużej różnicy napięć wejściowych i wyjściowych, LM317 będzie musiał rozproszyć nadmiar mocy jako ciepło; tyle ciepła. Więc używamy elementów pass. Tutaj użyłem tranzystora mocy TIP2955 jako elementu przepustowego po stronie dodatniej. Możesz użyć TIP3055 lub 2N3055 jako elementu przejścia po stronie ujemnej lub stronie wyjściowej. Ale powodem, dla którego wybrałem te PNP, jest to, że nie zmieniają one napięcia wyjściowego, tak jak zrobiłyby to tranzystory NPN (wyjście będzie wyższe o 0,7 V, gdy używany jest NPN). Tranzystory PNP są używane jako elementy przepustowe w regulatorach o niskim i ultraniskim spadku. Wykazują jednak pewne problemy ze stabilnością wyjściową, które można złagodzić, dodając kondensatory na wyjściu.

Rezystory 2W R5, R7 i R9 wytworzą napięcie wystarczające do polaryzacji tranzystorów przepustowych przy niskich prądach. Pomocnicze wyjście 12V jest podłączone do wejść trzech regulatorów LM2940 o bardzo niskim spadku napięcia 5V 1A, z których dwa są używane do wyjść USB, a drugi do wyjścia na panelu przednim. Jedno z wyjść 5V jest podłączone do regulatora AMS1117 dla wyjścia 3,3V. Jest to więc szeregowa sieć różnych regulatorów.

Zmienne wyjście jest pobierane z U3, jak pokazano na schemacie. Użyłem potencjometru 5K szeregowo z potencjometrem 1K, aby mieć zgrubną i dokładną regulację napięcia wyjściowego. Moduł woltomierza DSN DVM-368 (samouczek na mojej stronie) jest podłączony do zmiennego wyjścia, aby wyświetlić napięcie na panelu przednim. Zobacz sekcję „Okablowanie”, aby zobaczyć modyfikacje, które należy wprowadzić w module woltomierza. Możesz użyć dowolnych innych modułów V lub A bez większych modyfikacji.

Pobierz obraz-p.webp

Krok 3: Model 3D SketchUp

Aby zaplanować rozmieszczenie złączy, przełączników itp. oraz uzyskać prawidłowe wymiary do wycięcia płyty MDF, kanału aluminiowego itp., najpierw zaprojektowałem model 3D puszki zasilacza w programie SketchUp. Wszystkie komponenty miałem już przy sobie. Zaprojektowanie modelu było więc łatwe. Użyłem płyty MDF o grubości 6 mm oraz profili aluminiowych (kątownik) o wielkości 25 mm i grubości 2 mm. Możesz pobrać plik modelu SketchUp, korzystając z poniższego łącza.

Plik LM317 PSU SketchUp 2014: Pobierz plik poniżej. Możesz bezpłatnie pobierać, modyfikować i rozpowszechniać ten materiał.

Krok 4: Zbierz narzędzia i części

Są to wymagane materiały, narzędzia i komponenty.

Do skrzynki zasilacza,

• Płyta MDF o grubości 6 mm.
• Profile Aluminiowe Kątowe - rozmiar 25 mm, grubość 2 mm.
• Śruby maszynowe 25 mm z rowkiem, okrągłym łbem i kompatybilnymi nakrętkami i podkładkami.
• Arkusz akrylowy lub ABS o grubości 3-4 mm.
• Stary aluminiowy radiator i wentylator procesora.
• Stopki PCV o wymiarach 1,5 cm.
• Czarna matowa farba w sprayu.
• Podkład MDF.

Do płytki drukowanej,

• 3x TIP2955 (pakiet TO-247)
• Izolatory mikowe do tranzystorów TO-247
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• Rezystory 3x 2W, 100 Ohm
• Kondensatory ceramiczne 10x 100 nF
• 6x diod 1N4007
• 470 uF, 40V nasadki elektrolityczne
• 1x dioda 6A4
• 3x rezystory 1K
• Rezystory 3x 200 Ohm
• 1x bezpieczniki 3-4A i uchwyty bezpieczników
• 100 uF, 10V nasadki elektrolityczne
• 1x potencjometr liniowy 1 K
• 1x potencjometr liniowy 5 K
• 2x pokrętła potencjometru
• 2 pinowe listwy zaciskowe
• Radiatory do pakietów TO220
• Pasta do radiatora
• 4x przełączniki dwustabilne/dźwigniowe SPST
• Kable i przewody ze starych zasilaczy PC
• Rurki termokurczliwe 3mm i 5mm
• Perforowana matryca PCB
• Męskie nagłówki pinów
• 2x żeńskie receptory USB typu A
• 4x złącza głośnikowe LUB 8x zaciski
• 1x przełącznik kołyskowy SPST/DPDT
• 4x 3mm/5mm diody LED
• 1x woltomierz DSN-DVM-368
• 5x żeńskie złącza baryłkowe DC (przykręcane)
• Plastikowe elementy dystansowe

Narzędzia

• Brzeszczoty do pił do metalu
• Wiertarka
• Gracz w nosie
• Różne typy plików
• Różne rodzaje kluczy
• Miarka
• Czarny trwały marker do płyt CD
• Wiele rodzajów śrubokrętów Philips i płaskich (kup zestaw)
• Chowany nóż i ostrza
• Narzędzie obrotowe (nie jest konieczne, jeśli masz umiejętności)
• Papiery ścierne o ziarnistości 300 i 400
• Szczypce (do przewodów miedzianych)
• Multimetr
• Lutownica
• Drut lutowniczy i topnik
• Narzędzia do ściągania izolacji
• Pinceta
• I każde narzędzie, jakie możesz znaleźć.
• Maska zanieczyszczenia/pyłu do ochrony przed farbą.

Krok 5: Budowa płytki drukowanej

Wytnij płytę perforowaną zgodnie z wymaganiami. Następnie umieść i przylutuj elementy zgodnie ze schematem. Nie zrobiłem pliku PCB do wytrawiania. Ale możesz użyć poniższego pliku schematu Eagle, aby samodzielnie wykonać PCB. W przeciwnym razie wykorzystaj swoją pomysłowość, aby zaplanować rozmieszczenie i trasowanie oraz ładnie wszystko przylutować. Przemyj płytkę PCB roztworem IPA (alkohol izopropylowy), aby usunąć wszelkie pozostałości lutu.

Krok 6: Budowanie pudełka

Wszystkie wymiary z jakimi ma być wycinana płyta MDF, ceowniki aluminiowe, wymiary otworów, rozmieszczenie otworów i wszystko to w modelu SketchUp. Wystarczy otworzyć plik w programie SketchUp. Pogrupowałem części razem, dzięki czemu można łatwo ukryć części modelu i użyć narzędzia Miarka do zmierzenia wymiarów. Wszystkie wymiary podano w mm lub cm. Do wiercenia otworów używaj wierteł 5 mm. Zawsze sprawdzaj wyrównanie otworów i innych części, aby upewnić się, że wszystko będzie łatwo do siebie pasować. Użyj papieru ściernego do wygładzenia powierzchni kanałów MDF i aluminiowych.

Po zbadaniu modelu 3D dowiesz się, jak zbudować pudełko. Możesz go zmodyfikować zgodnie ze swoimi potrzebami. To miejsce, w którym możesz maksymalnie wykorzystać swoją kreatywność i wyobraźnię.

W przypadku panelu przedniego użyj arkusza akrylowego lub ABS i wytnij w nim otwory za pomocą wycinarki laserowej, jeśli masz do niej dostęp. Ale niestety nie miałem urządzenia laserowego i znalezienie go byłoby żmudnym zadaniem. Postanowiłem więc trzymać się tradycyjnego podejścia. Znalazłem plastikowe ramki i pudełka ze starych lodówek ze sklepu ze złomem. Właściwie kupiłem je za nierozsądną cenę. Jedna z tych ramek była na tyle gruba i płaska, że można ją było wykorzystać jako panel przedni; nie był ani za gruby, ani za cienki. Wyciąłem go z prawidłowymi wymiarami i wywierciłem w nim otwory, aby pomieścić wszystkie przełączniki i złącza wyjściowe. Moimi głównymi narzędziami były piła do metalu i wiertarka.

Ze względu na specyficzną konstrukcję pudełka możesz napotkać pewien problem z przymocowaniem przedniego panelu do reszty pudełka. Przykleiłem plastikowe kawałki plastiku ABS za przednimi kątownikami i przykręciłem je bezpośrednio bez użycia nakrętek. Będziesz musiał zrobić coś takiego lub coś lepszego.

Do radiatora użyłem jednego ze starej chłodnicy procesora. Wywierciłem w nim otwory i umieściłem między nimi wszystkie trzy tranzystory przepustowe z izolatorami mikowymi (TO WAŻNE!) w celu izolacji elektrycznej. Zdając sobie sprawę, że sam radiator nie wykona pracy, później dodałem wentylator chłodzący z zewnątrz radiatora i podłączyłem go do pomocniczego 12V.

Krok 7: Malowanie pudełka

Najpierw musisz przeszlifować MDF papierem ściernym o ziarnistości 300 lub 400. Następnie nałożyć cienką, jednolitą warstwę podkładu do drewna lub podkładu MDF. Nałóż kolejną warstwę po wystarczającym wyschnięciu pierwszej warstwy. Powtórz to zgodnie z wymaganiami i pozostaw do wyschnięcia na 1 lub 2 dni. Musisz przeszlifować warstwę podkładu, zanim będziesz mógł natryskiwać farbę. Malowanie jest łatwe przy użyciu skompresowanych puszek po farbie.

Krok 8: Okablowanie

Zamocuj płytkę, którą przylutowałeś na środku dolnego arkusza i przykręć ją małymi śrubami maszynowymi i dystansami między nimi. Użyłem przewodów ze starych zasilaczy komputerowych, ponieważ są dobrej jakości. Możesz albo przylutować przewody bezpośrednio do płytki, albo użyć złączy lub listew pinowych. Zasilacz zrobiłem w pośpiechu, więc nie użyłem żadnych złączy. Zaleca się jednak używanie złączy zawsze i wszędzie, gdzie to możliwe, aby wszystko stało się modułowe i łatwe w montażu i demontażu.

Podczas okablowania i wstępnych testów natknąłem się na dość dziwne problemy. Pierwszym była niestabilność wyjścia. Ponieważ używamy elementów przepustowych PNP, wyjście oscyluje, dając zmniejszone efektywne napięcie DC na mierniku. Musiałem podłączyć kondensatory elektrolityczne o dużej wartości, aby rozwiązać ten problem. Kolejnym problemem była różnica napięcia wyjściowego na płytce i na złączach wyjściowych ! Nadal nie wiem na czym dokładnie polega problem, ale rozwiązałem to lutując kilka rezystorów o wysokiej wartości, 1K, 4,7K itp., bezpośrednio na zaciskach wyjściowych. Użyłem wartości rezystora 2K (1K+1K) do zaprogramowania wyjścia Aux 12V i głównego 12V.

Potrzebujemy tylko woltomierza DSN-DVM-368 do wyjścia zmiennego, ponieważ wszystkie inne wyjścia są stałe. Najpierw musisz odłączyć (WAŻNE!) zworkę (Zworka 1) jak pokazano na rysunku, a następnie użyć trzech przewodów jak na schemacie. Woltomierz ma już w środku regulator 5V. Doprowadzenie 12V bezpośrednio do niego spowoduje niepożądane nagrzewanie. Używamy więc regulatora 7809, 9V między AUX 12V a wejściem Vcc woltomierza. Musiałem uczynić 7809 elementem „pływającym”, ponieważ został dodany po przylutowaniu płyty.

Krok 9: Testowanie

Podłącz zasilacz impulsowy o napięciu znamionowym 15-35V i prądzie minimum 2A do wejścia płyty przez gniazdo DC. Użyłem SMPS 36V 2A z wbudowanym zabezpieczeniem nadprądowym (wyłączenie). Zobacz powyżej tabelę pomiarów z próby obciążenia.

Regulacja obciążenia tutaj nie jest tak dobra ze względu na ograniczenie mocy wyjściowej zasilaczy impulsowych, których używam. Ograniczy prąd i wyłączy przy wysokich prądach. Nie mogłem więc przeprowadzić testów prądu udarowego. Do 14V regulacja obciążenia wydawała się dobra. Ale powyżej napięcia zadanego 15V (#8, #9, #10), gdy podłączę obciążenie, napięcie wyjściowe zmniejszy się do około 15V przy stałym prądzie 3,24A. W punkcie nr 10 obciążone napięcie wynosi połowę ustawionego napięcia przy prądzie 3,24 A! Wyglądało więc na to, że mój zasilacz impulsowy nie dostarczał wystarczającego prądu, aby utrzymać ustawione napięcie. Maksymalna moc, jaką udało mi się uzyskać, wynosiła 11, czyli 58 W. Tak więc, dopóki utrzymujesz niski prąd wyjściowy, napięcie wyjściowe pozostanie tam, gdzie powinno. Zawsze miej oko na napięcie, prąd i temperaturę radiatora, ponieważ rozpraszana jest tam znaczna ilość energii.

Krok 10: Wykończenie

Po zakończeniu testów złóż wszystko i oznacz panel przedni tak, jak lubisz. Przedni panel pomalowałem srebrną farbą i użyłem permanentnego markera do opisywania rzeczy (nie jest to przyjemny sposób na zrobienie). Na froncie umieściłem naklejkę DIY, którą dostałem z moim pierwszym Arduino.

Krok 11: Plusy i minusy

Ta konstrukcja zasilacza ma wiele zalet i wad. Zawsze warto je studiować.

Zalety

• Łatwy do zaprojektowania, zbudowania i modyfikacji, ponieważ jest to liniowo regulowany zasilacz.
• Mniej niepożądanych tętnień na wyjściu w porównaniu do zwykłych jednostek SMPS.
• Mniej generowanych zakłóceń EM/RF.

Niedogodności

• Niska wydajność - większość energii marnuje się w postaci ciepła w radiatorach.
• Słaba regulacja obciążenia w porównaniu z konstrukcją zasilacza SMPS.
• Duży rozmiar w porównaniu do zasilaczy impulsowych o podobnej mocy.
• Brak pomiaru prądu lub ograniczenia.

Krok 12: Rozwiązywanie problemów

Multimetr cyfrowy to najlepsze narzędzie do rozwiązywania problemów z zasilaniem. Sprawdź wszystkie regulatory przed lutowaniem za pomocą płytki stykowej. Jeśli masz dwa multimetry cyfrowe, możesz mierzyć prąd i napięcie jednocześnie.

1. Jeśli na wyjściu nie ma zasilania, sprawdź napięcia na pinach wejściowych, na pinach wejściowych regulatora i dwukrotnie sprawdź, czy połączenia PCB są prawidłowe.
2. Jeśli zauważysz, że wyjście oscyluje, dodaj kondensator elektrolityczny o wartości nie mniejszej niż 47uF w pobliżu zacisków wyjściowych. Możesz je przylutować bezpośrednio do zacisków wyjściowych.
3. Nie zwieraj wyjść ani nie podłączaj do wyjść obciążenia o niskiej impedancji. Może to spowodować awarię regulatorów, ponieważ w naszym projekcie nie ma ograniczenia prądu. Użyć bezpiecznika o odpowiedniej wartości na wejściu głównym.

Krok 13: Ulepszenia

To jest podstawowy zasilacz liniowy. Więc jest wiele rzeczy, które możesz poprawić. Zbudowałem to w pośpiechu, ponieważ tak bardzo potrzebowałem jakiegoś zmiennego zasilacza. Z pomocą tego mogę w przyszłości zbudować lepszy "Precyzyjny Cyfrowy Zasilacz". Oto kilka sposobów na ulepszenie obecnego projektu:

1. Użyliśmy regulatorów liniowych, takich jak LM317, LM2940 itp. Jak powiedziałem wcześniej, są one tak nieefektywne i nie mogą być używane do konfiguracji zasilanej bateryjnie. Możesz więc znaleźć jeden z tych tanich modułów buck DC-DC w dowolnym sklepie internetowym i zastąpić nimi regulatory liniowe. Są bardziej wydajne (>90%), mają lepszą regulację obciążenia, większą obciążalność prądową, ograniczenie prądu, ochronę przeciwzwarciową i wszystko. LM2596 jest jedyny w swoim rodzaju. Moduły buck (step down) będą miały na górze precyzyjny potencjometr. Można go zastąpić „potencjometrem wieloobrotowym” i używać go na przednim panelu zamiast zwykłych potencjometrów liniowych. To da ci większą kontrolę nad napięciem wyjściowym.
2. Użyliśmy tutaj tylko woltomierza, więc jesteśmy ślepi na prąd, który dostarcza nasz zasilacz. Dostępne są tanie moduły pomiarowe "Napięcie i Prąd". Kup jeden i dodaj do wyjścia, może być jeden dla każdego wyjścia.
3. W naszym projekcie nie ma funkcji ograniczania prądu. Spróbuj więc go ulepszyć, dodając funkcję ograniczania prądu.
4. Jeśli wentylator radiatora jest głośny, spróbuj dodać wrażliwy na temperaturę kontroler wentylatora, który może być z kontrolą prędkości.
5. Można łatwo dodać funkcję ładowania baterii.
6. Oddzielne wyjścia do testowania diod LED.

I nagroda w konkursie na zasilacze