LM317 Batay sa DIY Variable Benchtop Power Supply: 13 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

2025 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2025-01-13 06:58

Ang isang suplay ng kuryente ay walang alinlangan na isang ganap na kinakailangang kagamitan para sa anumang electronics lab o sinumang nais na gumawa ng mga proyekto sa electronics, lalo na ang isang variable na supply ng kuryente. Sa tutorial na ito ipapakita ko sa iyo kung paano ako nagtayo ng isang LM317 linear positive positive regulator based variable 1.2-30V (1.2V to input voltage-2.7V actually) power supply.

Ito ang mga tampok na nais kong magkaroon ng aking PSU.

• Isang variable na output na may minimum na kasalukuyang 2 A.
• Naayos ang 12 V output na may 2A.
• Naayos ang 5 V output na may 2 A.
• Naayos ang output ng 3.3 V na may 1A.
• Dalawang USB port para sa singilin ang mga telepono sa 1A.

Ang supply ng kuryente ay hindi gumagamit ng anumang transpormer sa halip binabawasan nito ang pare-pareho na boltahe ng pag-input sa saklaw na 15-35V sa maraming iba't ibang mga voltages sa output. Kaya maaari mong paganahin ang yunit na ito ng anumang SMPS na may isang na-rate na boltahe 15-35V at kasalukuyang 2-5A O isang supply ng transpormer na may parehong mga pagtutukoy.

Hakbang 1: Paghahanda

1. Pumunta sa https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download at i-download ang Eagle skematic capture software para sa iyong operating system.
2. Pumunta sa https://www.sketchup.com/download at i-download ang pinakabagong bersyon ng SketchUp at i-install ito.
3. Maghanap ng isang mahusay na SMPS na may isang rating ng boltahe sa pagitan ng 15-36V O gumawa ng isang transformer batay sa supply na may 15-36V DC output boltahe.

Hakbang 2: Skematika

Ang eskematiko ay magbibigay sa iyo ng isang pananaw sa aking plano. Ngunit hindi ito dinisenyo upang makabuo ng isang PCB file tulad ng kadalasang perfboard ko para sa aking isang disenyo. Kaya't wala akong pakialam sa mga sangkap ng sangkap. Kailangan mong pumili ng wastong mga pakete kung nais mong lumikha ng isang layout ng PCB. Mayroong tatlong LM317s at tatlong TIP2955 PNP pass transistors para sa bawat isa. Ang bawat isa sa mga LM317 na iyon ay magbabawas ng 36V input sa mga naka-program na voltages. Ang U2 ay maglalabas ng isang pare-pareho na 12V, ang U3 ay maglalabas ng isang variable na boltahe at ang U1 ay gagawa ng isang pandiwang pantulong na 12V para sa iba pang mga 5V at 3.3 na mga regulator upang mabawasan ang init na nawala sa kanila.

Maaaring magbigay ang LM317 ng kasalukuyang output na higit sa 1.5A. Ngunit sa kasong ito, na may malaking pagkakaiba sa mga voltages ng pag-input at output, ang LM317 ay dapat na mawala ang labis na lakas tulad ng init; sobrang init. Kaya gumagamit kami ng mga elemento ng pass. Dito ko nagamit ang TIP2955 power transistor bilang pass element sa positibong panig. Maaari mong gamitin ang TIP3055 o 2N3055 bilang elemento ng pagpasa sa negatibong bahagi o sa panig ng output. Ngunit ang dahilan kung bakit pinili ko ang mga PNP ay dahil hindi nila binabago ang output boltahe tulad ng gagawin ng NPN transistors (ang output ay magiging + 0.7V mas mataas kapag ginamit ang NPN). Ginagamit ang mga transistors ng PNP bilang mga elemento ng pagpasa sa mababang mga dropout at ultra-low dropout regulator. Ngunit nagpapakita sila ng ilang mga isyu sa katatagan ng output na maaaring mapagaan sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga capacitor sa output.

Ang 2W resistors R5, R7 at R9 ay makakagawa ng sapat na boltahe upang makiling ang pass transistors sa mababang alon. Ang auxiliary 12V output ay konektado sa mga input ng tatlong mga regulator ng LM2940 ultra-low dropout 5V 1A na kung saan dalawa ang ginagamit para sa mga output ng USB at ang iba pa ay para sa front panel output. Ang isa sa 5V output ay konektado sa isang regulator ng AMS1117 para sa output na 3.3V. Kaya't ito ay isang serye ng network ng iba't ibang mga regulator.

Ang variable output ay kinuha mula sa U3 tulad ng ipinakita sa eskematiko. Gumamit ako ng isang 5K potentiometer sa serye na may isang 1K palayok upang magkaroon ng magaspang at pinong pagsasaayos ng output boltahe. Ang isang DSN DVM-368 (tutorial sa aking website) voltmeter module ay konektado sa variable output upang ipakita ang boltahe sa harap ng panel. Tingnan ang seksyon na "Mga kable" upang makita ang mga pagbabago na gagawin sa module ng voltmeter. Maaari kang gumamit ng anumang iba pang mga module ng V o A nang walang gaanong mga pagbabago.

Mag-download ng mataas na resolusyon ng imahe ng-p.webp

Hakbang 3: Modelo ng SketchUp 3D

Upang planuhin ang paglalagay ng mga konektor, switch atbp at upang makakuha ng tamang sukat upang gupitin ang MDF board, aluminyo channel atbp, una kong dinisenyo ang isang 3D na modelo ng PSU box sa SketchUp. Nasa akin na ang lahat ng mga sangkap. Kaya't madali ang pagdidisenyo ng modelo. Gumamit ako ng MDF board ng kapal na 6 mm at mga extrusion ng aluminyo (anggulo) na laki na 25 mm at kapal na 2 mm. Maaari mong i-download ang file na modelo ng SketchUp gamit ang link sa ibaba.

LM317 PSU SketchUp 2014 file: I-download ang file sa ibaba. Malaya kang mag-download, magbago at magpamahagi ng materyal na ito.

Hakbang 4: Ipunin ang Mga Tool at Bahagi

Ito ang materyal, mga tool at sangkap na kinakailangan.

Para sa kahon ng PSU,

• MDF board ng kapal na 6 mm.
• Aluminium Angled Extrusions - laki 25 mm, kapal ng 2mm.
• 25 mm na mga tornilyo ng makina na may slotted, bilog na ulo at katugmang mga nut at washer.
• Acrylic o ABS sheet ng kapal na 3-4 mm.
• Lumang CPU Aluminium heatsink at fan.
• Mga paa ng PVC na may sukat na 1.5 cm.
• Matte black spray na pintura.
• Primer ng MDF.

Para sa circuit board,

• 3x TIP2955 (TO-247 package)
• Mga insulator ng mica para sa mga TO-247 transistor
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, 100 Ohm resistors
• 10x100 nF ceramic capacitors
• 6x 1N4007 diode
• 470 uF, 40V electrolytic caps
• 1x 6A4 diode
• 3x 1K resistors
• 3x 200 Ohm resistors
• 1x 3-4A na mga fuse at may hawak ng piyus
• 100 uF, 10V electrolytic caps
• 1x 1K linear potentiometer
• 1x 5K linear potentiometer
• 2x Mga knob ng Potentiometer
• 2 pin mga bloke ng terminal
• Heatsinks para sa mga TO220 na pakete
• Heat sink paste
• 4x SPST Toggle / Lever switch
• Mga cable at wires mula sa mga lumang supply ng kuryente sa PC
• Heat shrink tubes ng 3mm at 5mm
• Butas-butas na matrix PCB
• Mga header ng lalaki na pin
• 2x Mga reseptor ng type ng Babae USB
• 4x Mga konektor ng speaker O 8x mga nagbubuklod na post
• 1x SPST / DPDT rocker switch
• 4x 3mm / 5mm LEDs
• 1x DSN-DVM-368 voltmeter
• 5x Babae DC konektor bariles (maaaring i-tornilyo)
• Mga standoff ng plastik

Mga kasangkapan

• Hacksaw blades
• Makina ng pagbabarena
• Manlalaro ng ilong
• Iba't ibang uri ng mga file
• Iba't ibang uri ng mga spanner
• Pagsukat ng tape
• Itim na permanenteng marker ng CD
• Maraming uri ng Philips at slotted screw driver (bumili ng kit)
• Naibabalik na kutsilyo at talim
• Rotary tool (hindi kinakailangan kung mayroon kang kasanayan)
• 300 at 400 grit na laki ng mga papel na buhangin
• Nipper (para sa mga wire na tanso)
• Multimeter
• Panghinang
• Solder wire at pagkilos ng bagay
• Mga striper ng wire
• Mga Tweezer
• At anumang tool na maaari mong makita.
• Polusyon / Alikabok na maskara upang maprotektahan mula sa pintura.

Hakbang 5: Pagbuo ng Circuit Board

Gupitin ang perfboard ayon sa iyong kinakailangan. Pagkatapos ay ilagay at maghinang mga bahagi ayon sa eskematiko. Hindi ako gumawa ng isang PCB file para sa pag-ukit. Ngunit maaari mong gamitin ang Eagle schematic file sa ibaba upang makagawa ng isang PCB sa iyong sarili. Kung hindi man gamitin ang iyong talino sa paglikha upang planuhin ang mga pagkakalagay at pagruruta at paghihinang nang maayos ang lahat. Hugasan ang PCB na may solusyon sa IPA (Isopropyl Alkohol) upang linisin ang anumang nalalabi na solder.

Hakbang 6: Pagbuo ng Kahon

Ang lahat ng mga sukat kung saan i-cut ang MDF board, mga channel ng aluminyo, mga sukat ng butas, mga pagkakalagay ng butas at lahat ay nasa modelo ng SketchUp. Buksan lamang ang file sa SketchUp. Pinagsama ko ang mga bahagi, upang madali mong maitago ang mga bahagi ng modelo at gamitin ang tool na Sukatin upang masukat ang mga sukat. Ang lahat ng mga sukat ay nasa mm o cm. Gumamit ng 5mm bits para sa mga butas sa pagbabarena. Palaging suriin ang pagkakahanay ng mga butas at iba pang mga bahagi upang matiyak na ang lahat ay madaling magtutugma. Gumamit ng mga papel na buhangin upang makinis ang ibabaw ng mga MDF at Aluminyo na mga channel.

Makukuha mo ang ideya sa kung paano bumuo ng kahon sa sandaling masuri mo ang 3D na modelo. Maaari mong baguhin ito ayon sa iyong mga pangangailangan. Ito ay isang lugar kung saan mailalagay mo ang iyong pagkamalikhain at imahinasyon sa maximum na paggamit.

Para sa front panel, gumamit ng acrylic o ABS sheet at gupitin ang mga butas dito gamit ang isang laser cutter kung maaari mong ma-access ang isa. Ngunit sa kasamaang palad wala akong isang laser machine at ang paghahanap ng isa ay magiging isang nakakapagod na gawain. Kaya't nagpasya akong manatili sa tradisyonal na diskarte. Nakakita ako ng mga plastik na frame at kahon mula sa mga lumang fridge mula sa isang scrap shop. Talagang binili ko sila para sa isang hindi makatuwirang presyo. Ang isa sa frame na iyon ay makapal at sapat na flat upang magamit bilang front panel; hindi ito masyadong makapal o masyadong payat. Pinutol ko ito ng wastong pagsukat at nagbubutas at pinutol ang mga butas dito, upang mapaunlakan ang lahat ng mga switch at output konektor. Ang isang hacksaw at isang drilling machine ang aking pangunahing tool.

Dahil sa tukoy na disenyo ng kahon, maaari kang harapin ang ilang problema sa paglakip ng front panel sa natitirang kahon. Idinikit ko ang mga plastik na piraso ng plastik ng ABS sa likuran ng harapan na nakaharap sa mga anggulo at direktang kinulong sa kanila nang hindi nangangailangan ng mga mani. Kakailanganin mong gumawa ng isang bagay tulad nito o isang bagay na mas mahusay.

Para sa heatsink, gumamit ako ng isa mula sa isang lumang cooler ng CPU. Nag-drill ako ng mga butas dito at ikinabit ang lahat ng tatlong pass transistors na may mga insulator ng mica (MAHALAGA ITO!) Sa pagitan nila para sa pagkakahiwalay ng kuryente. Napagtanto ang heatsink na nag-iisa ay hindi gagawa ng trabaho, naglaon ay nagdagdag ako ng isang cool na fan mula sa labas ng heatsink at ikinonekta ito sa auxiliary 12V.

Hakbang 7: Pagpinta ng Kahon

Una kailangan mong buhangin ang MDF na may 300 o 400 grit na laki ng liha. Pagkatapos maglagay ng manipis, pare-parehong layer ng kahoy na panimulang aklat o MDF primer. Mag-apply ng isa pang layer pagkatapos ng unang layer ay sapat na pinatuyong. Ulitin ito alinsunod sa iyong kinakailangan at hayaang matuyo ito ng 1 o 2 araw. Kailangan mong buhangin ang primer layer bago mo spray ang pintura. Madali ang pagpipinta gamit ang mga naka-compress na lata ng pintura.

Hakbang 8: Mga kable

Ayusin ang board na iyong na-solder sa gitna ng ilalim na sheet at i-tornilyo ito gamit ang maliliit na turnilyo ng makina at mga standoff sa pagitan nila. Gumamit ako ng mga wire mula sa mga lumang supply ng kuryente sa computer dahil mahusay ang kalidad ng mga ito. Maaari kang direktang mag-wire ng mga wire sa board o gumamit ng mga konektor o pin header. Nagmamadali akong gumawa ng PSU kaya't hindi ako gumamit ng anumang konektor. Ngunit inirerekumenda na gumamit ng mga konektor kahit kailan at saanman posible, upang gawing modular at madaling tipunin at disassemble ang lahat.

Natagpuan ko ang ilang mga kakaibang problema habang ang mga kable at ang paunang pagsubok. Una ay ang kawalang-tatag ng output. Habang gumagamit kami ng mga elemento ng pagpasa ng PNP, ang output ay magpapasayaw na nagbibigay ng binawasan ang mabisang boltahe ng DC sa metro. Kailangan kong ikonekta ang mga electrolytic capacitor na mataas ang halaga upang maitama ang problemang ito. Susunod na problema ay ang pagkakaiba sa boltahe ng output sa board at sa mga konektor ng output! Hindi ko pa rin alam kung ano talaga ang problema, ngunit nalutas ko ito sa pamamagitan ng paghihinang ng ilang mga resistors na may mataas na halaga, 1K, 4.7K atbp, nang direkta sa mga output terminal. Gumamit ako ng halaga ng resistor ng 2K (1K + 1K) upang i-program ang Aux 12V at pangunahing mga output ng 12V.

Kailangan lang namin ang DSN-DVM-368 voltmeter para sa variable na output dahil ang lahat ng iba pang mga output ay naayos. Una kailangan mong idiskonekta (MAHALAGA!) Ang jumper (Jumper 1) tulad ng ipinakita sa figure pagkatapos ay gamitin ang tatlong mga wire tulad ng sa eskematiko. Ang voltmeter ay mayroon nang 5V regulator sa loob. Ang pagpapakain ng 12V nang direkta dito ay magdudulot ng hindi kanais-nais na pag-init. Kaya gumagamit kami ng isang 7809, 9V regulator sa pagitan ng AUX 12V at ang Vcc input ng voltmeter. Kinailangan kong gawing "lumulutang" na bahagi ang 7809 dahil idinagdag ito pagkatapos kong maghinang ng board.

Hakbang 9: Pagsubok

Ikonekta ang isang SMPS na may isang rating ng boltahe sa pagitan ng 15-35V at kasalukuyang ng minimum na 2A, sa pag-input ng board kahit na isang jack ng DC bariles. Gumamit ako ng 36V 2A SMPS na may labis na kasalukuyang proteksyon (shutdown) na built-in. Tingnan sa itaas ng talahanayan ng mga sukat mula sa pagsubok sa pag-load.

Ang pag-regulate ng pag-load dito ay hindi gaanong mabuti dahil sa limitasyon ng lakas ng output ng SMPS na ginagamit ko. Limitahan nito ang kasalukuyang at pag-shutdown sa mataas na alon. Kaya't hindi ako nakagawa ng mga kasalukuyang pagsubok. Hanggang sa 14V, ang regulasyon ng pag-load ay tila mabuti. Ngunit sa itaas ng 15V na itinakda na boltahe (# 8, # 9, # 10), kapag ikinonekta ko ang pagkarga, ang output boltahe ay mabawasan sa paligid ng 15V na may pare-pareho na kasalukuyang 3.24A. Sa # 10, ang na-load na boltahe ay kalahati ng itinakdang boltahe sa kasalukuyang 3.24A! Kaya't mukhang ang aking SMPS ay hindi nagbibigay ng sapat na kasalukuyang upang mapanatili ang boltahe sa itinakda. Ang maximum na lakas na nakukuha ko ay sa # 11, ng 58W. Kaya, hangga't panatilihin mong mababa ang kasalukuyang output, ang output boltahe ay mananatili sa kung saan ito dapat. Palaging bantayan ang boltahe, kasalukuyang at ang temperatura ng heatsink bilang isang makabuluhang halaga ng lakas ay mawawala doon.

Hakbang 10: Pagtatapos

Kapag natapos mo na ang mga pagsubok, tipunin ang lahat at lagyan ng label ang front panel ayon sa gusto mo. Pininturahan ko ang front panel na may pinturang pilak at gumamit ng isang permanenteng marker upang lagyan ng label ang mga bagay (hindi magandang paraan upang magawa). Naglagay ako ng isang sticker ng DIY na nakuha ko kasama ng aking unang Arduino, sa harap.

Hakbang 11: Mga kalamangan at kahinaan

Mayroong maraming mga pakinabang at pati na rin ang mga disadvantages sa disenyo ng power supply na ito. Ito ay laging nagkakahalaga ng pag-aaral ng mga ito.

Mga kalamangan

• Madaling idisenyo, buuin at baguhin dahil ito ay isang linear na kinokontrol na supply ng kuryente.
• Hindi gaanong hindi ginustong mga ripples sa output kumpara sa mga ordinaryong yunit ng SMPS.
• Mas kaunting pagkakagambala ng EM / RF ang nagawa.

Mga Dehado

• Hindi magandang kahusayan - ang karamihan sa lakas ay nasasayang bilang init sa heatsinks.
• Hindi maayos na regulasyon ng pag-load kumpara sa disenyo ng supply ng kuryente ng SMPS.
• Malaking sukat kumpara sa mga katulad na kapangyarihan SMPS.
• Walang kasalukuyang pagsukat o paglilimita.

Hakbang 12: Pag-troubleshoot

Ang isang digital multimeter ay ang pinakamahusay na tool upang i-troubleshoot ang mga problema sa supply ng kuryente. Suriin ang lahat ng mga regulator bago maghinang gamit ang isang breadboard. Kung mayroon kang dalawang DMM, posible na sukatin ang kasalukuyang at boltahe nang sabay-sabay.

1. Kung walang lakas sa output, suriin ang mga voltages mula sa input pin, sa mga pin ng input ng regulator at i-double check kung tama ang mga koneksyon sa PCB.
2. Kung nakita mong ang output ay oscillating, magdagdag ng isang electrolytic capacitor ng halagang hindi mas mababa sa 47uF malapit sa mga output terminal. Maaari mong solder ang mga ito nang direkta sa mga output terminal.
3. Huwag paikliin ang mga output o ikonekta ang mababang impedance load sa mga output. Maaari itong maging sanhi upang mabigo ang mga regulator dahil walang kasalukuyang paglilimita sa aming disenyo. Gumamit ng naaangkop na fuse ng halaga sa pangunahing input.

Hakbang 13: Mga Pagpapabuti

Ito ay isang pangunahing linear power supply. Kaya maraming maaaring mapabuti. Itinayo ko ito sa pagmamadali dahil kinailangan ko ng masama ang ilang uri ng variable ng suplay ng kuryente. Sa tulong nito, makakabuo ako ng isang mas mahusay na "Precision Digital Power Supply" sa hinaharap. Ngayon narito ang ilang mga paraan upang mapabuti ang kasalukuyang disenyo,

1. Gumamit kami ng mga linear regulator tulad ng LM317, LM2940 atbp Tulad ng sinabi ko dati na ito ay napaka-episyente at hindi maaaring gamitin para sa isang pag-setup ng pinalakas na baterya. Kaya kung ano ang maaari mong gawin ay, hanapin ang isa sa mga murang DC-DC buck modules mula sa anumang mga online shop at palitan ang mga linear regulator sa kanila. Mas mahusay ang mga ito (> 90%), may mas mahusay na regulasyon ng pag-load, mas kasalukuyang kakayahan, kasalukuyang paglilimita, proteksyon ng maikling circuit at lahat. Ang LM2596 ay isa sa mga uri. Ang mga module ng buck (step down) ay magkakaroon ng isang eksaktong potensyomiter sa itaas. Maaari mo itong palitan ng isang "multi-turn potentiometer" at gamitin ito sa front panel sa halip na normal na mga linear pot. Bibigyan ka nito ng higit na kontrol sa boltahe ng output.
2. Gumamit lamang kami ng isang voltmeter dito, kaya bulag kami tungkol sa kasalukuyang ibinibigay ng aming PSU. May magagamit na murang "Boltahe at Kasalukuyang" mga module ng pagsukat. Bumili ng isa at idagdag sa output, maaaring isa para sa bawat output.
3. Walang kasalukuyang tampok sa paglilimita sa aming disenyo. Kaya subukang pagbutihin ito sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang kasalukuyang function na naglilimita.
4. Kung maingay ang iyong fan ng heatsink, subukang magdagdag ng isang sensitibong tagahanga ng temperatura na fan ay maaaring may kontrol sa bilis.
5. Ang pag-andar ng pag-charge ng baterya ay maaaring madaling maidagdag.
6. Paghiwalayin ang mga output para sa pagsubok sa LED.

Unang Gantimpala sa Paligsahan sa Power Supply