Настольный аналоговый источник питания DIY с прецизионным ограничителем тока: 8 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

В этом проекте я покажу вам, как использовать знаменитый LM317T с силовым транзистором усилителя тока и как использовать усилитель считывания тока LT6106 Linear Technology для прецизионного ограничителя тока. Эта схема может позволить вам использовать ток до более 5 А, но на этот раз он используется только для легкой нагрузки 2 А, потому что я выбрал относительно небольшой трансформатор 24 В 2 А и небольшой корпус. И я предпочитаю выходное напряжение от 0,0 В, затем я добавляю несколько диодов последовательно, чтобы отменить минимальное выходное напряжение LM317 1,25 В. эта спец. также позволяет защиту от короткого замыкания. Эти схемы объединены для создания аналогового настольного источника питания переменного тока, который генерирует 0,0-28 В и 0,0 А-2 А с прецизионным ограничителем тока. Характеристики стабилизации и минимального уровня шума довольно хороши по сравнению с аналогичными источниками питания на базе преобразователя постоянного тока. Поэтому эту модель лучше всего использовать для аналоговых аудиоприложений. Давайте начнем !

Шаг 1: Схема и список деталей

Хочу показать вам полную схему этого проекта.

Для простоты объяснения я разделил схему отверстий на три части: Входная секция переменного тока 、 ② Средняя часть (цепи управления постоянным током) 、 ③ Выходная секция.

Я хотел бы продолжить объяснение списка частей для каждого раздела соответственно.

Шаг 2: Подготовка к просверливанию корпуса и сверление

Сначала нужно собрать внешние детали и просверлить корпус (корпус).

Дизайн корпуса этого проекта был выполнен с помощью Adobe Illustrator.

Что касается размещения деталей, я провел много проб и ошибок, рассматривая и принимая решения, как видно на первой фотографии.

Но мне нравится этот момент, потому что я могу мечтать о том, что мне делать? или что лучше?

Это похоже на ожидание хорошей волны. Это действительно драгоценное время! ржу не могу.

В любом случае, я хотел бы также прикрепить файл.ai и файл.pdf.

Чтобы подготовиться к сверлению корпуса, распечатайте дизайн на клейкой бумаге формата A4 и приклейте его к корпусу.

Это будут следы при сверлении корпуса, и это будет косметический дизайн корпуса.

Если бумага испачкалась, снимите ее и снова приклейте.

Если вы подготовились к сверлению корпуса, вы можете начать сверление корпуса в соответствии с метками центра на корпусе.

Я настоятельно рекомендую вам описать размер отверстий на наклеенной бумаге как 8Φ, 6Φ вот так.

В качестве инструментов используются электродрель, сверла, ступенчатые сверла, ручной высеченный инструмент или инструмент dremel.

Будьте осторожны и уделите достаточно времени, чтобы избежать аварии.

Безопасность

Необходимы защитные очки и защитные перчатки.

Шаг 3: ① Секция входа переменного тока

Закончив сверление и отделку корпуса, приступим к изготовлению электрических щитов и проводки.

Вот список деталей. Извините за некоторые ссылки для японского продавца.

Я надеюсь, что вы сможете получить аналогичные детали у ближайших продавцов.

1. Используемые части ① секции входа переменного тока

Продавец: Marutsu parts- 1 x RC-3:

Цена: 1 330 ￥ (примерно 12 долларов США)

- 1 силовой трансформатор переменного тока 24 В, 2 А [HT-242]:

Цена: 2 790 ￥ (примерно 26 долларов США), если вам нравится вход 220 В, выберите [2H-242] 2 880.

- 1 код переменного тока с вилкой:

Цена: 180 ￥ (примерно 1,5 доллара США)

- 1 блок предохранителей переменного тока 【F-4000-B】 Запчасти Sato: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/15361/ Цена: 180 (примерно 1,5 доллара США)

- 1 переключатель питания переменного тока (большой) NKK 【M-2022L / B】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/15771/ Цена: ￥ 380 (прибл. 3,5 доллара США)

- 1 переключатель 12 В / 24 В (маленький) Miyama 【M5550K】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/112704/ Цена: 181 ￥ (примерно 1,7 доллара США)

- 1 х мостовой выпрямительный диод (большой) 400 В 15 А 【GBJ1504-BP】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/12699673/ Цена: 318 ￥ (примерно 3,0 доллара США)

- 1 х мостовой выпрямительный диод (малый) 400 В 4 А 【GBU4G-BP】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/12703750/ Цена: 210 (примерно 2,0 доллара США)

- 1 x Большой конденсатор 2200 мкФ 50 В 【ESMH500VSN222MP25S】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/52022/ Цена: 440 ￥ (приблизительно 4,0 доллара США)

- 1 x 4 полюсный терминал с изоляцией 【L-590-4P】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/17474/ Цена: 80 ￥ (примерно 0,7 доллара США)

Приносим извинения за неудобную ссылку на японский сайт, пожалуйста, поищите продавца, работающего с аналогичными деталями, со ссылкой на эти ссылки.

Шаг 4: ② Средняя часть (цепь управления постоянным током)

Отсюда это часть управления напряжением постоянного тока основного источника питания.

Работа этой части будет объяснена позже на основе результатов моделирования.

В основном я использую классический LM317T с транзистором большой мощности для большой выходной мощности до 3 А.

И чтобы отменить минимальное выходное напряжение 1,25 В LM317T, я добавил диод D8 для Vf на Q2 Vbe.

Я предполагаю, что Vf D8 составляет прибл. 0,6 В и Q2 Vbe также прибл. 0,65 В, тогда общая сумма составляет 1,25 В.

(Но это напряжение зависит от If и Ibe, поэтому при использовании этого метода необходимо соблюдать осторожность)

Часть вокруг Q3, обведенная пунктирной линией, не монтируется. (в качестве опции для будущей функции теплового отключения.)

Используемые детали, как показано ниже, 0．1Ω 2W Akizuki Densho

радиатор 【34H115L70】 Multsu Parts

Выпрямительный диод (100V 1A) IN4001 ebay

Микросхема управления напряжением LM317T Akizuki Denshi

General Purose NPN Tr 2SC1815 Akizuki Denshi

Микросхема измерения тока U2 LT6106 Akizuki Denshi

Печатная плата Pitch convert для LT6106 (SOT23) Akizuki Denshi

ИС компаратора U3 NJM2903 Akizuki Denshi

POT 10kΩ 、 500Ω 、 ５KΩ Akizuki Denshi

Шаг 5: ③ Раздел вывода

Последняя часть - это секция вывода.

Мне нравятся ретро-аналоговые счетчики, потом я взял аналоговый счетчик.

И я использовал Poly Switch (самовосстанавливающийся предохранитель) для защиты выхода.

Используемые детали, как показано ниже, Восстанавливаемый предохранитель 2,5Ａ REUF25 Akizuki Denshi

Прокачивающий регистр 2,2 кОм 2 Вт Akizuki Denshi

Аналоговый вольтметр 32 В (панельный измеритель) Akizuki Denshi

Аналоговый вольтметр на 3 А (панельный измеритель) Akizuki Denshi

Выходной терминал MB-126G Красный и Черный Akizuki Denshi

Универсальная доска для хлеба 210 x 155 мм Akizuki Denshi

Терминал для макета (кому как нравится) Акизуки

Шаг 6: Завершите сборку и тестирование

Пока думаю, что ваша основная плата тоже доделана.

Продолжите подключение к частям, прикрепленным к корпусу, таким как блоки, счетчики, клеммы.

Если вы закончили делать проект.

Последний шаг - тестирование проекта.

Основные характеристики этого аналогового источника питания:

1, 0 ～ 30 В. Грубая и точная регулировка выходного напряжения.

2, 0 ～ 2,0 A выходной ток с ограничителем (я рекомендую использовать согласно спецификации трансформатора).

3, переключатель изменения выходного напряжения на задней панели для уменьшения потерь окружающей среды

(0 ～ 12 В, 12 ～ 30 В)

Базовое тестирование

Тестирование схемы работы.

В качестве фиктивной нагрузки я использовал резистор 5 Вт 10 Ом, как показано на фото.

Когда вы устанавливаете 5 В, он обеспечивает 0,5 А. 10В 1А, 20В 2.0А.

И когда вы настраиваете ограничение тока на свой любимый уровень, ограничитель тока срабатывает.

В этом случае выходное напряжение становится ниже в соответствии с настройкой выходного тока.

Проверка осциллографа формы сигнала

Я также хотел бы показать вам осциллограммы.

Первый сигнал - это сигнал нарастания напряжения при включении питания устройства.

CH1 (синий) находится сразу после выпрямителя и конденсатора 2200 мкФ, прибл. 35 В 5 В / дел).

CH2 (Sky blue) - выходное напряжение блока (2 В / дел). Он настроен на 12 В и снижает входную пульсацию.

Вторая осциллограмма - это увеличенная осциллограмма.

CH1 и CH2 теперь 100 мВ / дел. Пульсации на канале CH2 не наблюдаются, так как обратная связь микросхемы LM317 работает правильно.

Следующим шагом я хотел бы протестировать при 11 В с токовой нагрузкой 500 мА (22 Ом 5 Вт). Вы помните низкий I = R / E Ома?

Затем пульсации входного напряжения на канале CH1 увеличиваются до 350 мВ (пик-пик), но пульсации на выходном напряжении на канале 2 также не наблюдаются.

Я хотел бы сравнить с каким-нибудь стабилизатором обратного типа DC-DC с такой же нагрузкой 500 мА.

На выходе CH2 наблюдается большой коммутационный шум 200 мА.

Как вы видете, Вообще говоря, аналоговый источник питания подходит для аудио приложений с низким уровнем шума.

Как насчет этого ?

Если у вас есть дополнительные вопросы, не стесняйтесь спрашивать меня.

Шаг 7: Приложение 1: Детали работы схемы и результаты моделирования

Ух ты, столько читателей, больше 1к, посетили мой первый пост.

Я просто хочу увидеть счетчик многочисленных просмотров.

Что ж, я хотел бы вернуться к своей теме.

Результаты моделирования входной секции

Я использовал симулятор LT Spice для проверки схемотехники.

Относительно того, как установить или как использовать LT Spice, пожалуйста, погуглите.

Это бесплатный и хороший аналоговый симулятор для изучения.

Первая схема упрощена для моделирования LT Spice, и я бы тоже хотел прикрепить файл.asc.

Вторая схема предназначена для моделирования ввода.

Я определил смещение 0 постоянного тока источника напряжения, амплитуду 36 В, частоту 60 Гц и входной резистор 5 Ом в качестве сравнительных характеристик трансформатора. Как вы знаете, выходное напряжение трансформатора отображается в среднеквадратичном значении, тогда на выходе 24 В среднеквадратичное значение должно быть 36 В. пиковое.

Первый сигнал - источник напряжения + (зеленый) и мостовой выпрямитель + с 2200 мкФ (синий). Он будет около 36 В.

LT Spice не может использовать переменный потенциометр, я бы хотел установить фиксированное значение для этой схемы.

Выходное напряжение 12В, ограничение тока 1А как то. Я хочу перейти к следующему шагу.

Секция контроля напряжения с использованием LT317T

На следующем рисунке показана работа LT317, в основном LT317 работает как так называемый шунтирующий стабилизатор, это означает, что вывод выходного напряжения на Adj. Контакт всегда составляет опорное напряжение 1,25 В независимо от входного напряжения.

Это также означает утечку тока в R1 и R2. Текущий LM317 adj. Пин к R2 тоже существует, но он слишком мал, как 100uA, поэтому им можно пренебречь.

До сих пор вы можете четко понимать, что ток I1, который истекает через R1, всегда постоянен.

Тогда мы могли бы составить формулу R1: R2 = Vref (1,25V): V2. Я выбираю 220 Ом на R1 и 2.2K на R2, Затем формула преобразуется V2 = 1,25V x 2,2k / 220 = 12,5V. Имейте в виду, что реальное выходное напряжение - это V1 и V2.

Затем на выходном контакте LM317 и GND появляется 13,75 В. А также известно, когда R2 равен нулю, выход 1,25 В

оставаться.

Затем я использовал простое решение, я просто использую выходной транзистор Vbe и диод Vf для подавления 1,25 В.

Вообще говоря, Vbe и Vf составляют от 0,6 до 0,7 В. Но вы также должны знать о характеристиках Ic - Vbe и If - Vf.

Он показывает, что при использовании этого метода для отмены 1,25В необходим определенный ток утечки.

Поэтому добавляю регистр прокачки R13 2.2K 2W. Кровоточит ок. 5 мА при выходе 12 В.

До сих пор я немного устал объяснять. Мне нужно на обед и на обед пиво. (Смеется)

Затем я хотел бы постепенно перейти к следующей неделе. Приносим извинения за неудобства.

Следующим шагом я хотел бы объяснить, как точно работает ограничитель тока, используя пошаговое моделирование параметров нагрузки LT Spice.

Секция ограничителя тока с использованием LT6106

Посетите сайт Linear Technology и ознакомьтесь с описанием приложения LT6106.

www.linear.com/product/LT6106

Я хотел бы показать рисунок, чтобы объяснить типичное приложение, которое описывает AV = 10 для примера 5A.

Имеется регистр измерения тока 0,02 Ом, и измеренный выходной сигнал с вывода теперь составляет 200 мВ / А, тогда

выходной вывод поднимется до 1 В при 5 А, верно?

Давайте подумаем о моем приложении, имея в виду этот типичный пример.

На этот раз мы хотели бы использовать ограничение по току ниже 2А, тогда подойдет 0,1 Ом.

В этом случае напряжение на выходе 2 В при 2 А? Это означает, что теперь чувствительность составляет 1000 мВ / А.

После этого нам нужно просто включить / выключить контакт LM317 ADJ с помощью универсального компаратора.

например, NJM2903 LM393 или LT1017 и общий транзистор NPN, например 2SC1815 или BC337?

которые отключаются с обнаруженным напряжением в качестве порога.

На этом объяснение схемы закончено, и давайте приступим к полному моделированию схемы!

Шаг 8: Приложение 2: Симуляция шага схемы и результаты симуляции

Я хотел бы объяснить так называемую ступенчатую симуляцию.

Обычное простое моделирование имитирует только одно условие, но с помощью пошагового моделирования мы можем изменять условия непрерывно.

Например, определение шаговой симуляции для регистра нагрузки R13 показано на следующей фотографии и ниже.

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

Это означает, что значение R13, показанное как {Rf}, изменяется от 1 кОм (100, 24, 12, 6) до 3 Ом.

Очевидно, что при токе 1 кОм, потребляемом в нагрузке, R составляет 12 мА.

(поскольку выходное напряжение теперь установлено на 12 В).

и 120 мА при 100 Ом, 1A при 12 Ом, 2A при 6 Ом, 4A при 3 Ом.

Но вы можете видеть, что пороговое напряжение установлено на 1 В с помощью R3 8k и R7 2k (а напряжение для компаратора составляет 5 В).

Тогда из условия ③ должна работать схема ограничителя тока. Следующий рисунок - результат моделирования.

Как насчет этого до сих пор?

Это может быть немного сложно понять. потому что результат моделирования может быть трудночитаемым.

Зеленые линии показывают выходное напряжение, а синие линии показывают выходной ток.

Вы можете видеть, что напряжение относительно стабильно до 12 Ом 1 А, но с 6 Ом 2 А напряжение снижается до 6 В, чтобы ограничить ток до 1 А.

Вы также можете увидеть, что выходное напряжение постоянного тока с 12 мА до 1 А немного упало.

Это почти вызвано нелинейностью Vbe и Vf, как я объяснил в предыдущем разделе.

Я хочу добавить следующую симуляцию.

Если вы опустите D7 на прилагаемой схеме моделирования, результаты выходного напряжения будут относительно стабильными.

(но, конечно, выходное напряжение становится выше, чем было раньше.)

Но это своего рода компромисс, потому что я хотел бы управлять этим проектом с 0V, даже если стабильность немного потеряна.

Если вы начнете использовать аналоговое моделирование, такое как LT Spice, легко проверить и опробовать свою идею аналоговой схемы.

Эммм, в конце концов кажется, что я закончил полное объяснение.

Мне нужно пару пива на выходные (смеется)

Если у вас есть какие-либо вопросы по этому проекту, не стесняйтесь спрашивать меня.

И я надеюсь, что всем вам понравится моя статья!

С уважением,