LM317 Tabanlı DIY Değişken Masaüstü Güç Kaynağı: 13 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Bir güç kaynağı, özellikle değişken bir güç kaynağı olmak üzere, herhangi bir elektronik laboratuvarı veya elektronik projeleri yapmak isteyen herkes için tartışmasız kesinlikle gerekli bir ekipmandır. Bu derste size 1.2-30V (aslında 1.2V giriş voltajı-2.7V) güç kaynağını temel alan bir LM317 lineer pozitif regülatörü nasıl oluşturduğumu göstereceğim.

PSU'mda olmasını istediğim özellikler bunlar.

• Minimum akım 2 A ile bir değişken çıkış.
• 2A ile sabit 12 V çıkış.
• 2 A ile sabit 5 V çıkış.
• 1A ile sabit 3.3 V çıkış.
• Telefonları 1A'da şarj etmek için iki USB bağlantı noktası.

Güç kaynağı herhangi bir transformatör kullanmaz, bunun yerine 15-35V aralığında sabit giriş gerilimini çıkışta birçok farklı gerilime düşürür. Böylece bu üniteye, anma gerilimi 15-35V ve akımı 2-5A olan herhangi bir SMPS VEYA aynı özelliklere sahip bir transformatör kaynağı ile güç sağlayabilirsiniz.

1. Adım: Hazırlanmak

1. https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download adresine gidin ve işletim sisteminiz için Eagle şematik yakalama yazılımını indirin.
2. https://www.sketchup.com/download adresine gidin ve SketchUp'ın en son sürümünü indirin ve kurun.
3. 15-36V arasında bir voltaj değerine sahip iyi bir SMPS bulun VEYA 15-36V DC çıkış voltajına sahip bir transformatör tabanlı besleme yapın.

2. Adım: Şematik

Şematik size planım hakkında bir fikir verecektir. Ancak, bir kereye mahsus tasarımlarım için genellikle perfboard yaptığım için bir PCB dosyası oluşturmak için tasarlanmamıştır. Bu yüzden bileşen paketleri umurumda değildi. Bir PCB düzeni oluşturmak istiyorsanız uygun paketleri seçmelisiniz. Her biri için üç LM317 ve üç TIP2955 PNP geçiş transistörü vardır. Bu LM317'lerin her biri, 36V girişini programlanmış voltajlara indirecektir. U2 sabit bir 12V çıkış verecek, U3 değişken bir voltaj verecek ve U1, onlar tarafından yayılan ısıyı azaltmak için diğer 5V ve 3.3 regülatörler için bir yardımcı 12V üretecektir.

LM317, 1.5A üzerinde çıkış akımı sağlayabilir. Ancak bu durumda, giriş ve çıkış voltajlarındaki büyük farkla, LM317'nin fazla gücü ısı olarak dağıtması gerekecektir; çok ısı. Bu yüzden geçiş elemanlarını kullanıyoruz. Burada pozitif tarafta geçiş elemanı olarak TIP2955 güç transistörünü kullandım. Negatif tarafta veya çıkış tarafında geçiş elemanı olarak TIP3055 veya 2N3055 kullanabilirsiniz. Ancak PNP olanları seçmemin nedeni, NPN transistörlerinin yapacağı gibi çıkış voltajını değiştirmemeleridir (NPN kullanıldığında çıkış +0.7V daha yüksek olacaktır). PNP transistörleri, düşük çıkışlı ve ultra düşük çıkışlı regülatörlerde geçiş elemanı olarak kullanılır. Ancak, çıkışta kapasitörler eklenerek azaltılabilecek bazı çıkış kararlılığı sorunları sergilerler.

2W dirençler R5, R7 ve R9, geçiş transistörlerini düşük akımlarda yönlendirmek için yeterli voltaj üretecektir. Yardımcı 12V çıkışı, ikisi USB çıkışları ve diğeri ön panel çıkışı için kullanılan üç adet LM2940 ultra düşük çıkışlı 5V 1A regülatörün girişlerine bağlanır. 5V çıkışlardan biri 3.3V çıkış için bir AMS1117 regülatörüne bağlanmıştır. Yani farklı düzenleyicilerden oluşan bir dizi ağ.

Değişken çıktı, şemada gösterildiği gibi U3'ten alınır. Çıkış voltajının kaba ve ince ayarlanması için 1K pot ile seri olarak 5K potansiyometre kullandım. Voltajı ön panelde görüntülemek için değişken çıkışa bir DSN DVM-368 (web sitemdeki eğitim) voltmetre modülü bağlanmıştır. Voltmetre modülünde yapılacak değişiklikleri görmek için "Kablolama" bölümüne bakın. Çok fazla değişiklik yapmadan diğer V veya A modüllerini kullanabilirsiniz.

Şemanın yüksek çözünürlüklü-p.webp

3. Adım: SketchUp 3D Modeli

Konektörlerin, anahtarların vb. yerleşimini planlamak ve MDF kartı, alüminyum kanal vb. kesmek için doğru boyutları elde etmek için önce SketchUp'ta PSU kutusunun 3 boyutlu bir modelini tasarladım. Zaten tüm bileşenler yanımdaydı. Bu yüzden modeli tasarlamak kolaydı. 6 mm kalınlığında MDF levha ve 25 mm boyutunda ve 2 mm kalınlığında alüminyum ekstrüzyon (açı) kullandım. SketchUp model dosyasını aşağıdaki bağlantıyı kullanarak indirebilirsiniz.

LM317 PSU SketchUp 2014 dosyası: Aşağıdaki dosyayı indirin. Bu materyali indirmekte, değiştirmekte ve yeniden dağıtmakta özgürsünüz.

4. Adım: Aletleri ve Parçaları Toplayın

Bunlar gerekli malzeme, alet ve bileşenlerdir.

PSU kutusu için,

• 6 mm kalınlığında MDF levha.
• Alüminyum Açılı Ekstrüzyonlar - boyut 25 mm, kalınlık 2 mm.
• Oluklu, yuvarlak başlı ve uyumlu somun ve pullara sahip 25 mm makine vidaları.
• 3-4 mm kalınlığında akrilik veya ABS levha.
• Eski CPU Alüminyum soğutucu ve fan.
• 1.5 cm boyutunda PVC ayaklar.
• Mat siyah sprey boya.
• MDF astar.

Devre kartı için,

• 3x TIP2955 (TO-247 paketi)
• TO-247 transistörler için mika izolatörleri
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, 100 Ohm dirençler
• 10x 100 nF seramik kapasitörler
• 6x 1N4007 diyot
• 470 uF, 40V elektrolitik kapaklar
• 1x 6A4 diyot
• 3x 1K dirençler
• 3x 200 Ohm dirençler
• 1x 3-4A sigortalar ve sigorta tutucular
• 100 uF, 10V elektrolitik kapaklar
• 1x 1K lineer potansiyometre
• 1x 5K lineer potansiyometre
• 2x Potansiyometre düğmeleri
• 2 pinli terminal blokları
• TO220 paketleri için soğutucular
• Isı emici macunu
• 4x SPST Geçiş/Kol anahtarları
• Eski PC güç kaynaklarından gelen kablolar ve teller
• 3 mm ve 5 mm ısıyla daralan makaronlar
• Delikli matris PCB
• Erkek pin başlıkları
• 2x Dişi USB A tipi alıcı
• 4x Hoparlör konektörleri VEYA 8x bağlama direkleri
• 1x SPST/DPDT basmalı anahtar
• 4x 3mm/5mm LED'ler
• 1x DSN-DVM-368 voltmetre
• 5x Dişi DC kovan konnektörleri (vidalanabilir)
• Plastik zıtlıklar

Aletler

• Demir testeresi bıçakları
• Sondaj makinesi
• burun oyuncu
• Farklı dosya türleri
• Farklı anahtar türleri
• Ölçüm bandı
• Siyah kalıcı CD işaretleyici
• Birçok Philips tipi ve oluklu tornavida (bir kit satın alın)
• Geri çekilebilir bıçak ve bıçaklar
• Döner alet (yeteneğiniz varsa gerekli değildir)
• 300 ve 400 tane boyutunda zımpara kağıtları
• Nipper (bakır teller için)
• multimetre
• Havya
• Lehim teli ve akı
• Tel striptizci
• Cımbız
• Ve bulabileceğiniz herhangi bir araç.
• Boyadan korumak için Kirlilik/Toz maskesi.

Adım 5: Devre Kartının Oluşturulması

Perfboard'u ihtiyacınıza göre kesin. Ardından bileşenleri şemaya göre yerleştirin ve lehimleyin. Dağlama için bir PCB dosyası yapmadım. Ancak kendi başınıza bir PCB yapmak için aşağıdaki Eagle şematik dosyasını kullanabilirsiniz. Aksi takdirde, yerleşimleri planlamak ve her şeyi güzelce yönlendirmek ve lehimlemek için yaratıcılığınızı kullanın. Lehim kalıntılarını temizlemek için PCB'yi IPA (İzopropil Alkol) solüsyonuyla yıkayın.

Adım 6: Kutuyu İnşa Etme

MDF levhanın kesileceği tüm ölçüler, alüminyum kanallar, delik ölçüleri, delik yerleşimleri hepsi SketchUp modelindedir. Sadece dosyayı SketchUp'ta açın. Parçaları birlikte grupladım, böylece modelin parçalarını kolayca gizleyebilir ve boyutları ölçmek için Ölçme aracını kullanabilirsiniz. Tüm boyutlar mm veya cm cinsindendir. Delik delmek için 5 mm'lik uçlar kullanın. Her şeyin kolayca birbirine uyacağından emin olmak için her zaman deliklerin ve diğer parçaların hizasını kontrol edin. MDF ve Alüminyum kanalların yüzeyini düzeltmek için zımpara kağıtları kullanın.

3D modeli inceledikten sonra kutunun nasıl oluşturulacağına dair fikir edineceksiniz. İhtiyaçlarınıza göre değiştirebilirsiniz. Burası, yaratıcılığınızı ve hayal gücünüzü maksimum düzeyde kullanabileceğiniz bir yerdir.

Ön panel için akrilik veya ABS levha kullanın ve erişebilirseniz lazer kesici kullanarak delikler açın. Ama ne yazık ki bir lazer makinem yoktu ve bir tane bulmak sıkıcı bir iş olurdu. Bu yüzden geleneksel yaklaşıma bağlı kalmaya karar verdim. Bir hurda dükkanından eski buzdolaplarından plastik çerçeveler ve kutular buldum. Aslında onları makul olmayan bir fiyata satın aldım. Bu çerçevelerden biri ön panel olarak kullanılabilecek kadar kalın ve düzdü; çok kalın ya da çok ince değildi. Tüm anahtarları ve çıkış konektörlerini yerleştirmek için doğru ölçümlerle kestim ve delikler açtım ve kestim. Demir testeresi ve delme makinesi ana araçlarımdı.

Kutunun özel tasarımı nedeniyle, ön paneli kutunun geri kalanına takarken bazı sorunlarla karşılaşabilirsiniz. ABS plastiğin plastik parçalarını öne bakan köşelerin arkasına yapıştırdım ve somuna ihtiyaç duymadan doğrudan vidaladım. Bunun gibi bir şey veya daha iyi bir şey yapmanız gerekecek.

Soğutucu için eski bir CPU soğutucusundan bir tane kullandım. İçine delikler açtım ve üç geçişli transistörün hepsini mika izolatörlü (BU ÖNEMLİ!) elektriksel izolasyon için aralarına bağladım. Soğutucunun tek başına işi yapmayacağını anlayınca, daha sonra soğutucunun dışından bir soğutma fanı ekledim ve onu yardımcı 12V'a bağladım.

Adım 7: Kutuyu Boyamak

Önce MDF'yi 300 veya 400 tane zımpara kağıdı ile zımparalamalısınız. Ardından ince, düzgün bir ahşap astarı veya MDF astarı uygulayın. İlk kat yeterince kuruduktan sonra başka bir kat uygulayın. Bunu ihtiyacınıza göre tekrarlayın ve 1 veya 2 gün kurumasını bekleyin. Boyayı püskürtmeden önce astar tabakasını zımparalamanız gerekir. Sıkıştırılmış boya kutuları kullanarak boyama yapmak kolaydır.

Adım 8: Kablolama

Lehimlediğiniz levhayı alt tabakanın ortasına sabitleyin ve aralarına küçük makine vidaları ve ayırıcılar kullanarak vidalayın. Kaliteli oldukları için eski bilgisayar güç kaynaklarından gelen kabloları kullandım. Kabloları doğrudan karta lehimleyebilir veya konektörleri veya pin başlıklarını kullanabilirsiniz. PSU'yu aceleyle yaptım, bu yüzden herhangi bir konektör kullanmadım. Ancak, her şeyi modüler ve montajı ve sökülmesi kolay hale getirmek için mümkün olan her yerde ve her yerde konektörlerin kullanılması önerilir.

Kablolama ve ilk testler sırasında oldukça garip sorunlarla karşılaştım. Birincisi çıktının istikrarsızlığıydı. PNP geçiş elemanlarını kullandığımız için, çıkış, sayaçta azaltılmış etkili DC voltajı vererek salınır. Bu sorunu gidermek için yüksek değerli elektrolitik kapasitörler bağlamak zorunda kaldım. Bir sonraki sorun, karttaki ve çıkış konektörlerindeki çıkış voltajındaki farktı! Hala sorunun tam olarak ne olduğunu bilmiyorum, ancak bunu çıkış terminallerinde bazı yüksek değerli dirençler, 1K, 4.7K vb. lehimleyerek çözdüm. Aux 12V ve ana 12V çıkışlarını programlamak için 2K (1K+1K) direnç değeri kullandım.

Diğer tüm çıkışlar sabit olduğundan değişken çıkış için sadece DSN-DVM-368 voltmetreye ihtiyacımız var. İlk önce jumper'ı (Jumper 1) şekilde gösterildiği gibi ayırmalısınız (ÖNEMLİ!), ardından şemadaki gibi üç kabloyu kullanmalısınız. Voltmetrenin içinde zaten 5V'luk bir regülatör var. 12V'u doğrudan beslemek istenmeyen ısınmaya neden olur. Bu yüzden AUX 12V ile voltmetrenin Vcc girişi arasında 7809, 9V'luk bir regülatör kullanıyoruz. Kartı lehimledikten sonra eklendiği için 7809'u "kayan" bir bileşen yapmak zorunda kaldım.

9. Adım: Test Etme

DC varil jakı aracılığıyla kartın girişine 15-35V arasında voltaj ve minimum 2A akım değerine sahip bir SMPS bağlayın. Dahili aşırı akım koruması (kapatma) ile 36V 2A SMPS kullandım. Yük testinden alınan ölçüm tablosunun yukarısına bakın.

Buradaki yük regülasyonu, kullandığım SMPS'nin çıkış gücü sınırlaması nedeniyle o kadar iyi değil. Akımı sınırlayacak ve yüksek akımlarda kapanacaktır. Bu yüzden aşırı akım testleri yapamadım. 14V'a kadar yük regülasyonu iyi görünüyordu. Ancak 15V ayar voltajının üzerinde (#8, #9, #10), yükü bağladığımda, çıkış voltajı 3.24A sabit akımla yaklaşık 15V'a düşecek. #10'da yüklenen voltaj, 3.24A akımında ayarlanan voltajın yarısıdır! Bu yüzden, SMPS'im voltajı ayarlananda tutmak için yeterli akım sağlamıyor gibi görünüyordu. Alabildiğim maksimum güç 58W'lık 11. sıradaydı. Yani çıkış akımını düşük tuttuğunuz sürece çıkış voltajı olması gerektiği yerde kalacaktır. Burada önemli miktarda güç harcanacağından, soğutucunun voltajına, akımına ve sıcaklığına her zaman dikkat edin.

Adım 10: Bitirme

Testleri bitirdikten sonra her şeyi bir araya getirin ve ön paneli istediğiniz gibi etiketleyin. Ön paneli gümüş boya ile boyadım ve bir şeyleri etiketlemek için kalıcı bir işaretleyici kullandım (bunu yapmanın hoş bir yolu değil). İlk Arduino'mla aldığım bir DIY çıkartmasını ön tarafa koydum.

11. Adım: Artıları ve Eksileri

Bu güç kaynağı tasarımının birçok avantajı ve dezavantajı vardır. Onları incelemeye her zaman değer.

Avantajlar

• Doğrusal olarak düzenlenmiş bir güç kaynağı olduğu için tasarlaması, oluşturması ve değiştirmesi kolaydır.
• Sıradan SMPS ünitelerine kıyasla çıktıda daha az istenmeyen dalgalanmalar.
• Daha az EM/RF paraziti üretilir.

Dezavantajları

• Düşük verimlilik - gücün çoğu, soğutucularda ısı olarak boşa harcanır.
• SMPS güç kaynağı tasarımına kıyasla zayıf yük regülasyonu.
• Benzer güçlü SMPS'lere kıyasla boyut olarak büyük.
• Akım ölçümü veya sınırlaması yok.

Adım 12: Sorun Giderme

Dijital bir multimetre, güç kaynağı sorunlarını gidermek için en iyi araçtır. Bir breadboard kullanarak lehimlemeden önce tüm düzenleyicileri kontrol edin. İki DMM'niz varsa, akımı ve voltajı aynı anda ölçmek mümkündür.

1. Çıkışta güç yoksa, giriş pininden, regülatör giriş pinlerindeki voltajları kontrol edin ve PCB bağlantılarının doğru olup olmadığını iki kez kontrol edin.
2. Çıkışın salınım yaptığını fark ederseniz, çıkış terminallerinin yanına en az 47 uF değerinde bir elektrolitik kapasitör ekleyin. Bunları doğrudan çıkış terminallerine lehimleyebilirsiniz.
3. Çıkışları kısa devre yapmayın veya çıkışlara düşük empedans yükü bağlamayın. Tasarımımızda akım sınırlaması olmadığı için regülatörlerin arızalanmasına neden olabilir. Ana girişte uygun değerde bir sigorta kullanın.

Adım 13: İyileştirmeler

Bu, temel bir doğrusal güç kaynağıdır. Yani geliştirebileceğiniz çok şey var. Bunu aceleyle yaptım çünkü bir çeşit değişken güç kaynağına çok ihtiyacım vardı. Bunun yardımıyla gelecekte daha iyi bir "Hassas Dijital Güç Kaynağı" oluşturabilirim. Şimdi mevcut tasarımı iyileştirmenin bazı yolları var,

1. LM317, LM2940 gibi lineer regülatörler kullandık. Daha önce de söylediğim gibi bunlar çok verimsiz ve pille çalışan bir kurulum için kullanılamaz. Yapabileceğiniz şey, herhangi bir çevrimiçi mağazadan bu ucuz DC-DC modüllerinden birini bulmak ve lineer regülatörleri onlarla değiştirmek. Daha verimlidirler (>%90), daha iyi yük düzenlemesine, daha fazla akım kapasitesine, akım sınırlamasına, kısa devre korumasına ve hepsine sahiptirler. LM2596 bu türden biridir. Buck (düşürme) modüllerinin üstünde hassas bir potansiyometre bulunur. "Çok turlu potansiyometre" ile değiştirip, normal lineer potalar yerine ön panelde kullanabilirsiniz. Bu size çıkış voltajı üzerinde daha fazla kontrol sağlayacaktır.
2. Burada sadece bir voltmetre kullandık, bu yüzden PSU'muzun sağladığı akım konusunda körüz. Ucuz "Gerilim ve Akım" ölçüm modülleri mevcuttur. Bir tane satın alın ve çıktıya ekleyin, her çıktı için bir tane olabilir.
3. Tasarımımızda herhangi bir akım sınırlayıcı özellik bulunmamaktadır. Bu nedenle, bir akım sınırlama işlevi ekleyerek iyileştirmeyi deneyin.
4. Soğutucu fanınız gürültülüyse, hız kontrollü sıcaklığa duyarlı bir fan denetleyicisi eklemeyi deneyin.
5. Pil şarj etme işlevi kolayca eklenebilir.
6. LED testi için ayrı çıkışlar.

Güç Kaynağı Yarışmasında Birincilik Ödülü