可调稳压电源.pdf

DIY 日记 0 30V 可调线性稳压电源 啊哲 作为一名电子爱好者 平时喜欢做一些电子小制作 在电路调试和制作过程中经常为电源犯愁 有时候为了调试一个简单的电路而单独搭一个电源 这样即费时又消磨 DIY 的兴致 最近本人利用 手头一些闲置零件 自己打造了一台 MINI 型直流 0 30V 可调稳压电源 现将整个 DIY 过程与大 家分享 图 1 本人在深圳工作时买了几个大小不一的铝合金外壳 当时看到这些外壳挺漂亮就买了 一直闲置 着 其中一个较大一点的外壳尺寸为 134x106x55mm 家里还闲置了一个功率约 30W 左右的小变 压器 该变压器是从旧黑白电视机上拆下来的 有 8V 和 18V 两组输出 其厚度还刚好能装到这较 大尺寸的铝合金外壳内 既然这么巧合 想不 撮合 它们都找不到理由了 那接下来就是考虑稳压 电路部分了 0 30V 可调稳压电路可以通过以下几个方案来实现 1 采用运放加大功率管来实现 市面上很多批量生产的可调稳压电源都采用这种方案 该方案使 用的材料非常低廉 但线路复杂不适合手工搭板 2 采用 LM723 专用电源稳压 IC 加大功率管来实现 该方案比较成熟 线路也比较简单 但 LM723 比较难买 需要到电子市场去找或邮购 3 采用 LM317 338 电源稳压 IC 该方案线路非常简单 但按其典型应用电路接法 输出最低只能 调到 1 25V 要想 0V 起调必须加一个稳定的负电压基准来修正 一些电子杂志上也有人在 LM317 输出端串联 2 个二极管来降压 达到调 0V 的目的 这是初学的菜鸟们讨论的问题 大家心知 肚明就行了 4 采用TL431电源稳压IC 加大功率管来实现 该方案也具有线路简单的优点 但也同样遇到 LM317 不能调 0V 的问题 5 采用 LM2576 ADJ 开关型稳压 IC 来实现 该方案也具有线路简单 效率高等优点 但也同样遇 到输出不能调 0V 的问题和电感线圈比较难加工 通过一番权衡利弊后 决定采用 LM317 的方案 刚好手头还有几个闲置的 LM317T 量身 设 计的完整电路如图 2 所示 图 2 主要元气件参数资料 主要元气件参数资料 尽管 LM317 我们已经非常熟识了 但还是翻阅一下 LM317 的 PDF 资料比较稳妥 其中几个比 较重要的参数如下 1 输入与输出端最高压差为 40V 很多人误认为是输入最高电压为 40V 2 输入与输出端最小工作压差 3V 3 输出电压范围 1 25V 37V 范围内连续可调 其实只要保证前一项条件 其输出范围的上限 是可以扩展的 4 最大输出电流 1 5A LM317T TO 220 封装 5 输出最小负载电流 5mA 6 基准电压 VREF 1 25V 7 工作温度范围为 0 70 8 LM317T TO 220 封装引脚排列如图 3 所示 图 3 为了让 LM317T 输出 0V 起调 该电路设计时增加了一个由 TL431 构成的 2 5V 基准电源 TL431 相信大家也是非常熟识 它是三端可调并联型稳压 IC 详细资料可参考 安森美的 TL431 中文手册 在本列电路应用中 我们比较关心的几个参数如下 1 参考电压 VREF 2 5V 0 4 25 2 最大阴极电流范围 100mA 至 150mA 3 最小阴极电流 0 5mA 4 最大额定功耗 0 7W TO 92 封装 5 TL431 内部结构和引脚排列如附图 4 所示 6 TL431 的典型应用电路如图 5 所示 图 4 图 5 工作原理 工作原理 如图 2 所示 220V 市电通过 S1 和 F1 连接到变压器的输入端 经过变压后分别输出 18V 8V 10V 3V 其中 10V 和 3V 绕组是自己以手工穿线的方式加绕的 四组电压 为了降低 LM317T 的功 耗提高电源效率 采用了 2 个继电器的 3 级换档电路 换档电路如图 6 所示 电源输出电压 V 加在 W2 的两端 当 W2 的滑动触片上获得的分压低于 U4 的 VREF 2 5V 电压时 U4 的 K A 之间只有 微弱的维持电流 J1 因得不到足够高的工作电压 其常开触点断开 8 VAC绕组通过 J1 和 J2 的常闭 触点对后级电路供电 当 W2 的滑动触片上获得的分压高于 U4 的 VREF 2 5V 电压时 U4 的阴极 电流剧增使 J1 得到足够工作电压 其常开触点吸合 18 VAC绕组通过 J1 常开触点和 J2 的常闭触点对 后级电路供电 由 W3 J2 和 U5 构成的另一级换档电路工作原理类同 可能有人会说换档电路也可 以用运放来实现 当然是可以的 只是电路要复杂一点 要是做产品需要考虑成本我会用运放 但偏 图 6 偏我是懒人不喜欢做复杂的事 经过换档输出依次得到 8VAC 18 VAC 26 VAC电压 经过 D1 D4 整 流 C1 C2 滤波后对应得到 11 3V 25 5V 36 8V 三档电压 由 U1 R1 R2 W1 组成 LM317T 的典型稳压电路 D5 D6 构成 LM317T 防短路保护电路 其输出电压计算公式为 Vo VREF 1 W1 R2 R1 2 5V 式中减 2 5V 是因为 W1 的低端没有接 V 上 而是接在由 U3 TL431 和 R6 构成的 2 5V 基准上 变 压器 3V 绕组经过 DB2 和 C6 整流滤波后得到 4 2V 左右的直流电压 该电压正端与地相连形成负电 压 该电压通过限流电阻 R6 加在 U3 上 这里 U3 TL431 接成了图 5 中第一种典型应用电路 故 VKA VREF 2 5V 基准 图 2 中 Q1 U2A R3 R4 R5 W2 等构成恒压至恒流自动转换电路 其工 作原理如下 W2 与 R7 串联后连接在 V 与 2 5V 基准上 W2 的滑动触片经过分压后向 U2A LM358 的同相输入端提供一个可设定的基准电压 当电源输出端连接负载后 通过 R3 对电流进行取样 由 R5 送至 U2A LM358 的反相输入端 当输出电流 时 R3 上的电压降 U2A LM358 的反相 输入端电压 当 U2A LM358 反相输入端电压低于 U2A LM358 同相输入端的设定电压时 即 电流超出设定值 U2A LM358 输出高电平通过 R4 加到 Q1 的基极上 使 Q1 的 ICE 则流过 W1 的电流 W1 两端的电压 对应 LM317T 的输出电压 流过负载的电流 这时电源由原来 的恒压状态转换为恒流状态 并且保持输出电流等于设定电流 调节 W2 可设定输出的恒定电流值 其最大输出恒定电流计算公式为 IoMAX 2 5 W2 W2 R7 R3 在本列的实际应用中 因为变压器功率有限 另 LM317T 也没有增加扩流电路 故可设定的最大输出 恒定电流为 1 6A 左右 若需要增大输出电流请自己修改参数 组装调试 组装调试 电路设计好了 接下来就要动手用实践来验证我的设计了 先看看我搜集到的一些部件和工具 尺寸为 134x106x55mm 铝合金外壳 RMB 25 PCS 十圈精密电位器套件 RMB 30 PCS 做功放用的接线柱 RMB 2 5 PCS 普通船型电源开关 5mm LED 灯座 精制香蕉插头 RMB 2 5 PCS 精制小鳄鱼夹 朋友赠送 旧黑白电视机用的变压器 功率 30W 左右 矽钢片很薄而且均匀 应该是文革年代的 古董 本次 DIY 作业时所使用的主要工具 元件和工具搜集好了 现在是考验我动手能力的时候了 看我的 MINI 电源是怎样一步一步打造 出来的 步骤步骤1 变压器加工 变压器加工 因原变压器输出只有 8V 和 18V 两个绕组 还需要增加一个 3V 和 10V 绕组 原变压器线圈与铁 心之间还有一定的距离 我决定用 0 2mm 的漆包线以穿线的方式绕制 先大概估算一下绕制 3V 和 10V 绕组所需要的圈数和漆包线长度 一般低频小功率变压器的伏 匝比大约为 0 1V 匝 实践证实了我 的估算值 当然你也可以用漆包线先绕几圈加电直接量出伏 匝比 这样更准确 我已经再三强调了 我是懒人 所以自然到关键时候就会偷懒 准备好了漆包线就开始绕制了 刚开始绕 3V 绕组的时候 我还感觉今天暖洋洋的太阳一定是专为我出的 绕 10V 绕组的时候才感觉那长长的漆包线穿来穿去怎 么也绕不完 突然回想起妈妈给我织的毛线衣 那毛线比这漆包线长多了 当初总嫌它太粗糙 对 它不消一顾 直到今天我才感悟到那是用爱一针一针织成的精品呀 线圈绕好了 再接上市电 测量一下电压是否正确 然后还需要在线圈外面贴上绝缘胶带 以保护好线圈 这样变压器就加工好 了 来欣赏一下 图 7 图 7 自己加绕的 3V 绕组 自己加绕的 10V 绕组 绝缘胶带 步骤步骤2 外壳加工 外壳加工 该电源所使用的铝合金外壳是从赛格电子市场买的通用外壳 所以要想在面板上安装电位器和接 线柱必须自己开孔 先用游标卡尺依次测量出 电位器 接线柱和 LED 灯座安装所需要的开孔直径 然后简单的排布一下相应的位置并作好标记 接下来就是找到对应规格的麻花钻头 开始钻孔加工了 钻好的孔还需要用小刀或整形锉将孔边上毛刺处理干净 加工好的前面板见 图 8 图 8 后面板也一样需要加工 要开一个多边形的孔 用于安装插座和电源开关 先用游标卡尺依次 测量出插座和电源开关的外部尺寸 然后在要加工的后面板上标志出需要开孔的区域 这里还需要注 意插座和电源开关安装位置不能与变压器的安装位置相冲突 而且还需要保持美观 加工时 先用电 钻在标记好的开孔区钻孔 然后用整形锉细心修整 直到将插座和电源开关安装完成 图 9 图 9 步骤步骤3 加工 加工PCB板 板 因为电路比较简单 为了省去做印刷 PCB 的繁琐工作 所以我决定用实验板来搭接 我向来对 自己的手工搭板技术充满信心 同时也将我的懒惰精神进行到底 找了一片 100 x150mm 的实验板 该板刚好能插入铝合金外壳的安装槽内 只需将长出的部分剪去 另外为了安装变压器方便 我将 PCB 板右下角剪去一个空角 利用 PCB 板和变压器安装时相互抵触 免去固定变压器的烦恼 接下 来的工作是找元件 布板和搭焊作业了 在此就不一一细述了 搭焊好的 PCB 板见 图 10 电 位 器 安装孔 LED 灯座 安装孔 接 线 柱 安装孔 电 位 器 安装孔 接 线 柱 安装孔 电源开关 AC 插座 图 10 步骤步骤4 焊接变压器和后面板 焊接变压器和后面板 PCB 板搭焊好了 现在要将 PCB 板和变压器 电源开关 插座等连接起来 先找来线材和热缩 套管 将线材剪取合适的长度 套上热缩套管按电路依次焊接好 并用烙铁加热热缩套管让套管缩紧 加工好如 图 11 图 11 步骤步骤5 焊接前面板 焊接前面板 面板上需要安装接线柱和电位器等部件 先依次将接线柱 电位器和 LED 灯座锁紧到前面板的 对应孔位上 再用导线依次将这些部件按电路连接到 PCB 板上 电源指示灯原来准备用一只高亮蓝 光 LED 配合那冷冷的铝合金外壳漂亮极了 只可惜那仅有的一颗蓝光 LED 被我焊接几次 因为焊 点没有达到专业的饱满程度 所以重焊了 后坏掉了 至今我还没搞清楚 它到底是被烫坏了还是被 静电打坏了 最后不得不换了一只紫光 LED 代替 效果也还不错啦 还可以用来验钞呢 前面板就 加工好见 图 12 图 12 步骤步骤5 调试组装 调试组装 各部件焊接好了 先检查了一下元件 并且核对了电路图 没问题后开始通电调试 这里的调试 非常简单 先调节 W1 使 V 输出电压为 7V 再来回细调 W2 使 J1 刚好够吸合 用同样的方法 通 过调节 W1 W3 使 V 输出电压为 20V 时 J2 刚好够吸合 再确认一下输出电压 电流范围能不能达 到原设计的指标 这样调试工作就完成了 再把 PCB 板和变压器等 小心的装入铝合金外壳内 因 为 LM317T 要利用电源外壳来散热 所以在 LM317T 与外壳之间要垫上云母片 云母片是从外热式电 烙铁芯上截取的 而且均匀的涂上导热硅脂来导热 图 13 最后将外壳组合上 锁好螺丝 并且 装调好电位器旋钮 一台漂亮的 MINI 型直流电源组就装好 图 14 图 13 图 14 步骤步骤6 附件加工 附件加工 好马要配好鞍 接下来还要给电源制作一条漂亮的输出连接线见 图 15 线材我选择音箱连接 专用线 这种线材阻抗比较低 而且柔软 颜色也好区分 整条线含端子长度为 75cm 个人感觉这 种长度使用起来非常舒适 还有一条长的备用线含端子长度为 120cm 图 15 步骤步骤7 老化测试 老化测试 电源组装好后 先用它对锂电池组进行充电 该电池组是从 COMPAQ N610c 笔记本上拆下来 的旧电池组 由于内部电芯残留电量不相等