Furnizimi me energji i stolit të ndryshueshëm të bazuar në DIY LM317: 13 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:28

Furnizimi me energji elektrike është pa dyshim një pajisje absolutisht e nevojshme për çdo laborator elektronik ose këdo që dëshiron të bëjë projekte elektronike, veçanërisht një furnizim me energji të ndryshueshme. Në këtë tutorial do t'ju tregoj se si kam ndërtuar një furnizues me energji elektrike të bazuar në rregullatorin linear pozitiv LM317 1.2-30V (1.2V në tensionin e hyrjes-2.7V).

Këto janë veçoritë që doja që PSU -ja ime të kishte.

• Një dalje e ndryshueshme me rrymë minimale 2 A.
• Fikse dalje 12 V me 2A.
• Fikse dalja 5 V me 2 A.
• Fikse dalje 3.3 V me 1A.
• Dy porte USB për karikimin e telefonave në 1A.

Furnizimi me energji elektrike nuk përdor asnjë transformator, përkundrazi zvogëlon tensionin konstant të hyrjes në rangun prej 15-35V në shumë tensione të ndryshme në dalje. Kështu që ju mund ta fuqizoni këtë njësi nga çdo SMPS me një tension të vlerësuar 15-35V dhe rrymë 2-5A OSE një furnizues transformatori me të njëjtat specifikime.

Hapi 1: Përgatitja

1. Shkoni te https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download dhe shkarkoni softuerin e kapjes skematike të Eagle për sistemin tuaj operativ.
2. Shkoni te https://www.sketchup.com/ shkarkoni dhe shkarkoni versionin e fundit të SketchUp dhe instalojeni.
3. Gjeni një SMPS të mirë me një vlerësim të tensionit midis 15-36V OSE bëni një furnizim të bazuar në transformator me 15-36V tension dalës DC.

Hapi 2: Skematike

Skema do t'ju japë një pasqyrë mbi planin tim. Por nuk ishte krijuar për të gjeneruar një skedar PCB siç zakonisht bëj tabelë për modelet e mia të veçanta. Kështu që nuk më interesonte paketat përbërëse. Ju duhet të zgjidhni paketat e duhura nëse doni të krijoni një plan urbanistik PCB. Ekzistojnë tre transistorë LM317 dhe tre TIP2955 PNP për secilin. Secili prej atyre LM317 do të zvogëlojë hyrjen 36V në tensione të programuara. U2 do të nxjerrë një konstante 12V, U3 do të prodhojë një tension të ndryshueshëm dhe U1 do të prodhojë një 12V ndihmës për rregullatorët e tjerë 5V dhe 3.3 në mënyrë që të zvogëlojë nxehtësinë e shpërndarë prej tyre.

LM317 mund të sigurojë rrymë dalëse më të madhe se 1.5A. Por në këtë rast, me ndryshim të madh në tensionet hyrëse dhe dalëse, LM317 do të duhet të shpërndajë fuqinë e tepërt si nxehtësi; aq shumë nxehtësi. Pra, ne përdorim elementë kalimi. Këtu kam përdorur transistorin e fuqisë TIP2955 si element kalimi në anën pozitive. Ju mund të përdorni TIP3055 ose 2N3055 si element kalues në anën negative ose anën e daljes. Por arsyeja që zgjodha ato PNP është sepse ato nuk ndryshojnë tensionin e daljes siç do të bënin transistorët NPN (dalja do të jetë +0.7V më e lartë kur përdoret NPN). Transistorët PNP përdoren si elementë kalues në rregullatorët e braktisjes së ulët dhe ultra të ulët të braktisjes. Por ato shfaqin disa çështje të stabilitetit të prodhimit të cilat mund të zbuten duke shtuar kondensatorë në dalje.

Rezistentët 2W R5, R7 dhe R9 do të prodhojnë tension të mjaftueshëm për të anuar transistorët e kalimit në rryma të ulëta. Prodhimi ndihmës 12V është i lidhur me hyrjet e tre rregullatorëve LM2940 ultra të ulët të braktisjes 5V 1A, nga të cilët dy përdoren për daljet USB dhe tjetri është për daljen e panelit të përparmë. Një nga daljet 5V është e lidhur me një rregullator AMS1117 për dalje 3.3V. Pra, është një rrjet seri rregullatorësh të ndryshëm.

Dalja e ndryshueshme merret nga U3 siç tregohet në skemë. Kam përdorur një potenciometër 5K në seri me një tenxhere 1K për të pasur rregullim të trashë dhe të imët të tensionit të daljes. Një modul voltmetër DSN DVM-368 (mësim në faqen time në internet) është i lidhur me daljen e ndryshueshme për të shfaqur tensionin në panelin e përparmë. Shihni seksionin "Instalime" për të parë modifikimet që do të bëhen në modulin e voltmetrit. Ju mund të përdorni çdo modul tjetër V ose A pa shumë modifikime.

Shkarkoni këtu imazhin-p.webp

Hapi 3: Modeli SketchUp 3D

Për të planifikuar vendosjen e lidhësve, çelsave etj dhe për të marrë dimensionet e sakta për prerjen e pllakës MDF, kanalit të aluminit, etj, fillimisht kam hartuar një model 3D të kutisë PSU në SketchUp. Unë tashmë i kisha të gjithë përbërësit me vete. Kështu që dizajnimi i modelit ishte i lehtë. Kam përdorur pllakë MDF me trashësi 6 mm dhe nxjerrje alumini (kënd) me madhësi 25 mm dhe trashësi 2 mm. Ju mund të shkarkoni skedarin e modelit SketchUp duke përdorur lidhjen më poshtë.

Skedari LM317 PSU SketchUp 2014: Shkarkoni skedarin më poshtë. Ju jeni të lirë të shkarkoni, modifikoni dhe rishpërndani këtë material.

Hapi 4: Mblidhni mjete dhe pjesë

Këto janë materiali, mjetet dhe përbërësit e kërkuar.

Për kutinë PSU,

• Pllakë MDF me trashësi 6 mm.
• Nxjerrje me kënd alumini - madhësia 25 mm, trashësi 2mm.
• Vida makine 25 mm me kokë të rrumbullakët me vrima dhe arra dhe rondele të pajtueshme.
• Fletë akrilike ose ABS me trashësi 3-4 mm.
• Ngrohës dhe ventilator i vjetër CPU Alumini.
• Këmbët PVC me madhësi 1.5 cm.
• Bojë llak me ngjyrë të zezë të zezë.
• Abetare MDF.

Për tabelën e qarkut,

• 3x TIP2955 (paketa TO-247)
• Izolatorët Mica për transistorët TO-247
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, rezistenca 100 Ohm
• Kondensatorë qeramikë 10x 100 nF
• 6 dioda 1N4007
• Kapakë elektrolitikë 470 uF, 40V
• Diodë 1x 6A4
• 3x rezistente 1K
• 3x Rezistenca 200 Ohm
• 1x siguresat 3-4A dhe mbajtëset e siguresave
• Kapakë elektrolitikë 100 uF, 10V
• Potenciometër linear 1x 1K
• Potenciometër linear 1x 5K
• 2 çelësa të potenciometrit
• 2 blloqe terminale
• Ngrohje për paketat TO220
• Pastë e lavamanit të nxehtësisë
• 4x Çelësat Toggle/Levë SPST
• Kabllot dhe telat nga furnizimet me energji të vjetër të kompjuterit
• Tubat e tkurrjes së nxehtësisë prej 3mm dhe 5mm
• PCB e matricës së shpuar
• Titujt e kunjave për meshkuj
• 2x receptorë Femra USB të tipit A
• Lidhës 4x altoparlantësh OSE shtylla lidhëse 8x
• 1x çelës lëvizës SPST/DPDT
• LED 4x 3mm/5mm
• 1x voltmetër DSN-DVM-368
• 5x lidhëset e fuçisë Femërore DC (të vidhosshme)
• Ngecje plastike

Mjetet

• Tehe sharre
• Makinë shpuese
• Lojtar i hundës
• Lloje të ndryshme skedarësh
• Lloje të ndryshme të çelësave
• Shirit matës
• Shënues CD i zi i përhershëm
• Shumë lloje të Philips dhe vida me vrima (blini një çantë)
• Thikë dhe tehe të anulueshme
• Mjet rrotullues (nuk është i nevojshëm nëse keni aftësi)
• Letra rëre me madhësi 300 dhe 400 zhavorr
• Nipper (për telat e bakrit)
• Multimetër
• Makine per ngjitjen e metalit
• Teli i bashkimit dhe fluksi
• Zhveshëset e telave
• Piskatore
• Dhe çdo mjet që mund të gjeni.
• Ndotja/Maska e pluhurit për tu mbrojtur nga boja.

Hapi 5: Ndërtimi i Bordit të Qarkut

Pritini tabelën e perfit sipas kërkesës tuaj. Pastaj vendosni dhe bashkoni përbërësit sipas skemës. Unë nuk bëra një skedar PCB për gdhendje. Por ju mund të përdorni skedarin skematik Eagle më poshtë për të bërë një PCB më vete. Përndryshe përdorni zgjuarsinë tuaj për të planifikuar vendosjet dhe drejtimin dhe bashkoni gjithçka bukur. Lani PCB me tretësirë IPA (Alkooli Isopropyl) për të pastruar çdo mbetje të saldimit.

Hapi 6: Ndërtimi i Kutisë

Të gjitha dimensionet me të cilat do të priten bordi MDF, kanalet e aluminit, dimensionet e vrimave, vendosjet e vrimave dhe të gjitha janë në modelin SketchUp. Thjesht hapni skedarin në SketchUp. Unë i kam grupuar pjesët së bashku, kështu që ju lehtë mund të fshehni pjesë të modelit dhe të përdorni mjetin Measure për të matur dimensionet. Të gjitha dimensionet janë në mm ose cm. Përdorni copa 5 mm për shpimin e vrimave. Gjithmonë kontrolloni për shtrirjen e vrimave dhe pjesëve të tjera për t'u siguruar që gjithçka do të përputhet lehtësisht së bashku. Përdorni letra rëre për të zbutur sipërfaqen e MDF dhe kanaleve të aluminit.

Do të merrni idenë se si të ndërtoni kutinë sapo të ekzaminoni modelin 3D. Mund ta modifikoni sipas nevojave tuaja. Ky është një vend ku mund të përdorni kreativitetin dhe imagjinatën tuaj në përdorim maksimal.

Për panelin e përparmë, përdorni fletë akrilike ose ABS dhe prerë vrimat në të duke përdorur një prestar lazer nëse keni mundësi të përdorni një të tillë. Por për fat të keq nuk kisha një makinë lazer dhe gjetja e një do të ishte një detyrë e lodhshme. Kështu që vendosa t'i përmbahem qasjes tradicionale. Gjeta korniza dhe kuti plastike nga frigoriferë të vjetër nga një dyqan skrap. Në fakt i bleva për një çmim të paarsyeshëm. Njëra prej asaj kornize ishte mjaft e trashë dhe e sheshtë për t'u përdorur si panel para; nuk ishte shumë e trashë as shumë e hollë. E kam prerë me matje të sakta dhe kam shpuar dhe prerë vrima në të, për të akomoduar të gjithë çelsat dhe lidhësit e daljes. Një sharrë metalike dhe një makinë shpuese ishin mjetet e mia kryesore.

Për shkak të modelit specifik të kutisë, mund të përballeni me ndonjë problem duke e lidhur panelin e përparmë në pjesën tjetër të kutisë. Unë ngjita copa plastike të plastikës ABS prapa këndeve të përparme dhe i vidhosa drejtpërdrejt pa pasur nevojë për arra. Ju do të keni nevojë të bëni diçka të tillë ose diçka më të mirë.

Për ngrohësin e nxehtësisë, kam përdorur një nga një ftohës i vjetër i CPU -së. Unë shpova vrima në të dhe i bashkova të tre transistorët e kalimit me izolatorë mikë (KJO ISHT E R INDSISHME!) Midis tyre për izolim elektrik. Duke kuptuar që ngrohësi vetëm nuk do ta bënte këtë punë, më vonë shtova një tifoz ftohës nga pjesa e jashtme e ngrohësit dhe e lidha me 12V ndihmëse.

Hapi 7: Pikturimi i Kutisë

Së pari ju duhet të lyeni MDF me letër zmerile me madhësi 300 ose 400. Pastaj aplikoni një shtresë të hollë, të njëtrajtshme abetareje druri ose abetare MDF. Aplikoni një shtresë tjetër pasi shtresa e parë të jetë tharë mjaftueshëm. Përsëriteni këtë sipas kërkesës tuaj dhe lëreni të thahet për 1 ose 2 ditë. Duhet të lyeni shtresën e abetares para se të spërkatni bojën. Pikturimi është i lehtë duke përdorur kanaçe bojë të ngjeshur.

Hapi 8: Instalimet elektrike

Fiksoni tabelën që keni bashkuar në qendër të fletës së poshtme dhe vidhoseni atë duke përdorur vida të vogla makinash dhe ngërçe midis tyre. Kam përdorur tela nga burimet e vjetra të energjisë të kompjuterit pasi ato janë të një cilësie të mirë. Ju ose mund të lidhni telat drejtpërdrejt në tabelë ose të përdorni lidhës ose tituj pin. Unë e bëra PSU me nxitim, kështu që nuk përdor asnjë lidhje. Por rekomandohet të përdorni lidhës kurdo dhe kudo që të jetë e mundur, për të bërë gjithçka modulare dhe të lehtë për t'u montuar dhe çmontuar.

Kisha hasur në disa probleme mjaft të çuditshme gjatë instalimeve elektrike dhe testimit fillestar. E para ishte paqëndrueshmëria e prodhimit. Ndërsa po përdorim elementë të kalimit PNP, dalja do të lëkundej duke dhënë tension të reduktuar efektiv DC në njehsor. Më duhej të lidhja kondensatorë elektrolitikë me vlerë të lartë për të ndrequr këtë problem. Problemi tjetër ishte ndryshimi në tensionin dalës në tabelë dhe në lidhëset dalës! Ende nuk e di se cili është saktësisht problemi, por e zgjidh këtë duke bashkuar disa rezistorë me vlerë të lartë, 1K, 4.7K, etj, direkt në terminalet e daljes. Kam përdorur vlerën e rezistencës 2K (1K+1K) për të programuar daljet Aux 12V dhe kryesore 12V.

Ne na duhet vetëm voltmetri DSN-DVM-368 për daljen e ndryshueshme pasi të gjitha daljet e tjera janë fikse. Së pari ju duhet të shkëputni (E RORTNDSISHME) kërcyesin (Jumper 1) siç tregohet në figurë pastaj përdorni tre telat si në skemë. Voltmetri ka tashmë një rregullator 5V brenda. Ushqimi 12V direkt në të do të shkaktojë ngrohje të padëshiruar. Pra, ne përdorim një rregullator 7809, 9V midis AUX 12V dhe hyrjes Vcc të voltmetrit. Më duhej ta bëja 7809 një përbërës "lundrues" pasi u shtua pasi bashkova bordin.

Hapi 9: Testimi

Lidhni një SMPS me një vlerësim të tensionit midis 15-35V dhe rrymës prej minimalisht 2A, në hyrjen e tabelës përmes një prizë fuçi DC. Kam përdorur 36V 2A SMPS me mbrojtje të tepërt (mbyllje) të integruar. Shihni më lart tabelën e matjeve nga testi i ngarkesës.

Rregullimi i ngarkesës këtu nuk është aq i mirë për shkak të kufizimit të fuqisë dalëse të SMPS që po përdor. Do të kufizojë rrymën dhe fikjen në rryma të larta. Kështu që unë nuk mund të bëja teste të rrymës aktuale. Deri në 14V, rregullimi i ngarkesës dukej i mirë. Por mbi tensionin 15V të vendosur (#8, #9, #10), kur lidh ngarkesën, tensioni i daljes do të zvogëlohet në rreth 15V me një rrymë konstante prej 3.24A. Në #10, tensioni i ngarkuar është gjysma e tensionit të vendosur në rrymën 3.24A! Pra, dukej sikur SMPS -ja ime nuk po siguronte rrymë të mjaftueshme për të mbajtur tensionin në atë që është vendosur. Fuqia maksimale që isha në gjendje të merrja ishte në #11, prej 58W. Pra, përderisa e mbani rrymën e daljes të ulët, tensioni i daljes do të qëndrojë aty ku supozohet. Gjithmonë mbani një sy mbi tensionin, rrymën dhe temperaturën e ngrohësit, pasi një sasi e konsiderueshme e energjisë do të shpërndahet atje.

Hapi 10: Përfundimi

Pasi të keni përfunduar testet, mblidhni gjithçka dhe etiketoni panelin e përparmë ashtu siç ju pëlqen. Unë pikturova panelin e përparmë me bojë argjendi dhe përdor një shënues të përhershëm për të etiketuar gjërat (jo një mënyrë e mirë për të bërë). Vendosa një afishe DIY që mora me Arduino -n tim të parë, në pjesën e përparme.

Hapi 11: të mirat dhe të këqijat

Ka shumë përparësi dhe disavantazhe me këtë dizajn të furnizimit me energji elektrike. Gjithmonë ia vlen t'i studioni ato.

Përparësitë

• Lehtë për tu dizajnuar, ndërtuar dhe modifikuar pasi është një furnizim me energji lineare i rregulluar.
• Valëzime më pak të padëshiruara në dalje në krahasim me njësitë e zakonshme SMPS.
• Më pak ndërhyrje EM/RF e prodhuar.

Disavantazhet

• Efikasitet i dobët - pjesa më e madhe e energjisë humbet si nxehtësi në ngrohësit.
• Rregullimi i dobët i ngarkesës në krahasim me modelin e furnizimit me energji SMPS.
• Madhësia e madhe në krahasim me SMPS -të e fuqisë së ngjashme.
• Asnjë matje ose kufizim aktual.

Hapi 12: Zgjidhja e problemeve

Një multimetër dixhital është mjeti më i mirë për të zgjidhur problemet e furnizimit me energji. Kontrolloni të gjithë rregullatorët para se të bashkoni duke përdorur një dërrasë buke. Nëse keni dy DMM, atëherë është e mundur të matni rrymën dhe tensionin njëkohësisht.

1. Nëse nuk ka energji në dalje, kontrolloni tensionet nga kunja hyrëse, në kunjat e hyrjes së rregullatorit dhe kontrolloni dy herë nëse lidhjet PCB janë të sakta.
2. Nëse zbuloni se dalja po lëkundet, shtoni një kondensator elektrolitik me vlerë jo më pak se 47uF pranë terminaleve të daljes. Ju mund t'i lidhni ato drejtpërdrejt në terminalet e daljes.
3. Mos shkurtoni daljet ose mos lidhni ngarkesë të ulët të rezistencës në daljet. Kjo mund të bëjë që rregullatorët të dështojnë pasi nuk ka asnjë kufizim aktual në modelin tonë. Përdorni një siguresë të vlerës së përshtatshme në hyrjen kryesore.

Hapi 13: Përmirësime

Ky është një burim bazë linear i energjisë. Pra, ka shumë që mund të përmirësosh. E ndërtova me nxitim, sepse kisha nevojë për një lloj furnizimi me energji të ndryshueshme aq shumë. Me ndihmën e kësaj, unë mund të ndërtoj një "Furnizim me energji dixhitale precize" më të mirë në të ardhmen. Tani këtu janë disa mënyra se si mund të përmirësoni modelin aktual,

1. Ne përdorëm rregullatorë linearë si LM317, LM2940 etj. Siç thashë më parë, këto janë aq joefikase dhe nuk mund të përdoren për konfigurimin e baterisë. Pra, ajo që mund të bëni është të gjeni një nga ato module të lira DC-DC nga çdo dyqan online dhe zëvendësoni rregullatorët linearë me to. Ato janë më efikase (> 90%), kanë rregullim më të mirë të ngarkesës, më shumë aftësi aktuale, kufizim të rrymës, mbrojtje nga qarku i shkurtër dhe të gjitha. LM2596 është një i tillë. Modulet Buck (step down) do të kenë një potenciometër preciz në krye. Mund ta zëvendësoni me një "potenciometër me shumë kthesa" dhe ta përdorni në panelin e përparmë në vend të tenxhereve lineare normale. Kjo do t'ju japë më shumë kontroll mbi tensionin e daljes.
2. Ne kemi përdorur vetëm një voltmetër këtu, kështu që ne jemi të verbër për rrymën që furnizon PSU -ja jonë. Ekzistojnë module të lira të matjes "Tensioni dhe Rryma". Blini një dhe shtoni në prodhim, mund të jetë një për secilën dalje.
3. Nuk ka asnjë veçori kufizuese aktuale në dizajnin tonë. Pra, provoni ta përmirësoni duke shtuar një funksion kufizues aktual.
4. Nëse ventilatori juaj i nxehtësisë është i zhurmshëm, provoni të shtoni një kontrollues të ventilatorit të ndjeshëm ndaj temperaturës që mund të jetë me kontroll të shpejtësisë.
5. Një funksion i ngarkimit të baterisë mund të shtohet lehtësisht.
6. Rezultate të ndara për testimin e LED.

Çmimi i parë në Konkursin e Furnizimit me Energji