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[DIY制作] 自制0-30V可调线性稳压电源

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发表于 2011-4-7 12:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
     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。
1.jpg

(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。

2.jpg
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:

3.jpg
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;

4.jpg
5.jpg
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
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)。
6.jpg

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:
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                           ø5mm  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1——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ø0.2mm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)。
步骤2——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)
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)。
步骤3——加工PCB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100x150mm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)。
详细资料请下载附件
0-30V.doc (1.53 MB, 下载次数: 337)

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发表于 2011-4-7 12:35 | 显示全部楼层
好东西啊,你做了一个大概花了多少钱啊
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 楼主| 发表于 2011-4-7 12:38 | 显示全部楼层
资料是网上找的,我们自己做基本不用花钱,店里旧板子上的配件就够用的了
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DIY的兴致,有空我也去做一个,谢谢你的图纸
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配件不贵,就是耗时。。。。
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发表于 2011-4-7 20:56 | 显示全部楼层
DIY的很好啊,感谢分享。
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发表于 2011-4-8 08:56 | 显示全部楼层
谢谢分享......................
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发表于 2011-4-8 10:20 | 显示全部楼层
谢谢分享..........
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发表于 2011-4-8 10:26 | 显示全部楼层
好东西啊.谢谢了
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一个电没必要从0调起。。。。。
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m'c'mwy 该用户已被删除
发表于 2011-5-8 20:47 | 显示全部楼层
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发表于 2011-6-19 19:13 | 显示全部楼层
支持DIY{:soso_e113:}!
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发表于 2011-7-5 17:22 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享!!!
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谢谢楼主!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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好精致                              
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这个电源样子漂亮。
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好! 精品    学习 DIY
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zhmy8828 该用户已被删除
发表于 2011-9-9 18:38 | 显示全部楼层
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谢谢分享。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
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