Fonte de alimentação de bancada variável analógica DIY com limitador de corrente de precisão: 8 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Neste projeto, vou mostrar a você como usar o famoso LM317T com um transistor de potência Booster de corrente e como usar o amplificador de detecção de corrente LT6106 da Linear Technology para limitador de corrente de precisão. Este circuito pode permitir que você use até mais de 5A, mas desta vez ele é usado para apenas 2A de carga leve porque eu escolhi um transformador 24V 2A relativamente pequeno e um gabinete pequeno. E eu prefiro a tensão de saída de 0,0 V, então adiciono alguns diodos em série para cancelar a tensão de saída mínima de 1,25 V do LM317. esta especificação. também permite a proteção contra curto-circuito. Esses circuitos são combinados para criar uma fonte de alimentação de bancada variável analógica que gera 0,0V-28V e 0,0A-2A com limitador de corrente de precisão. O desempenho da regulação e do piso de ruído é muito bom em comparação com as fontes de alimentação baseadas no conversor DC-DC do similer. Portanto, este modelo é melhor para usar especialmente para aplicações de áudio analógico. Vamos começar !

Etapa 1: esquema e lista de peças

Eu gostaria de mostrar a vocês todo o esquema deste projeto.

Eu tinha dividido o esquema do furo em três partes para facilitar a explicação.① Seção de entrada CA 、 ② Seção intermediária (circuitos de controle CC) 、 ③ Seção de saída.

Gostaria de continuar explicando a lista de peças de cada seção, respectivamente.

Etapa 2: Preparação para perfurar a caixa e perfurar

Devemos coletar as partes externas e perfurar a caixa (caixa) primeiro.

O design do case deste projeto foi feito com o ilustrador Adobe.

Em relação à colocação das peças, fiz muitas tentativas e erros considerando e decidindo como uma primeira foto mostra.

Mas eu amo este momento porque posso estar sonhando o que devo fazer? ou o que é melhor?

É como uma boa onda de espera. É um tempo realmente precioso em tudo! lol.

De qualquer forma, gostaria de anexar um arquivo.ai e um arquivo.pdf também.

Para se preparar para a perfuração da caixa, imprima o desenho em papel adesivo de tamanho A4 e cole-o na caixa.

Haverá marcas quando você furar a caixa e será o design cosmético da caixa.

Se o papel ficar sujo, retire-o e cole o papel novamente.

Se você se preparou para a perfuração da caixa, pode começar a furar a caixa de acordo com as marcas de centro da caixa.

Recomendo enfaticamente que você descreva o tamanho dos orifícios no papel colado como 8Φ, 6Φ assim.

As ferramentas utilizadas são uma furadeira elétrica, brocas, brocas escalonadas e uma ferramenta de corte manual ou ferramenta dremel.

Tenha cuidado e dedique tempo suficiente para evitar acidentes.

Segurança

Óculos e luvas de segurança são necessários.

Etapa 3: ① Seção de entrada CA

Depois de terminar a perfuração e acabamento da caixa, vamos começar a fazer os painéis elétricos e a fiação.

Aqui está a lista de peças. Desculpe, alguns links são para vendedores japoneses.

Espero que você possa obter peças semelhantes com seus vendedores próximos.

1. Partes usadas da seção de entrada CA ①

Vendedor: peças Marutsu- 1 x RC-3:

Preço: ￥ 1,330 (aproximadamente US $ 12)

- 1 transformador de energia CA 24 V 2 A [HT-242]:

Preço: ￥ 2, 790 (aproximadamente US $ 26) se você gosta de entrada de 220 V, escolha [2H-242] ￥ 2, 880

- 1 x código AC com um plugue:

Preço: ￥ 180 (aproximadamente US $ 1,5)

- 1 x caixa de fusíveis AC 【F-4000-B】 Peças Sato: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/15361/Preço:￥180 (aprox. US $ 1,5)

- 1 x interruptor de alimentação CA (grande) NKK 【M-2022L / B】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/15771/ Preço: ￥ 380 (aprox. US $ 3,5)

- 1 x interruptor 12V / 24V (pequeno) Miyama 【M5550K】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/112704/Preço: ￥ 181 (aprox. US $ 1,7)

- 1 x diodo retificador de ponte (grande) 400V 15A 【GBJ1504-BP】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/12699673/Preço: ￥ 318 (aprox. US $ 3,0)

- 1 x diodo retificador de ponte (pequeno) 400V 4A 【GBU4G-BP】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/12703750/Preço: ￥ 210 (aprox. US $ 2,0)

- 1 x condensador grande 2200uf 50V 【ESMH500VSN222MP25S】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/52022/Preço: ￥ 440 (aprox. US $ 4,0)

- Terminal com atraso 1 x 4p 【L-590-4P】: https://www.marutsu.co.jp/pc/i/17474/Preço: ￥ 80 (aprox. US $ 0,7)

Pedimos desculpas pelo link inconveniente para o site japonês, por favor, pesquise o vendedor que lida com peças semelhantes referindo-se a esses links.

Etapa 4: ② Seção intermediária (circuito de controle DC)

A partir daqui, é a parte de controle da tensão CC da fonte de alimentação principal.

A operação desta parte será explicada posteriormente com base nos resultados da simulação também.

Basicamente, estou usando o clássico LM317T com um grande transistor de potência para grande capacidade de saída de corrente até 3A.

E para cancelar a tensão de saída mínima de 1,25 V LM317T, adicionei o diodo D8 para Vf a Q2 Vbe.

Eu acho que Vf de D8 é de aprox. 0,6 V e Q2 Vbe também aprox. 0,65 V então o total é 1,25 V.

(Mas esta voltagem depende de If e Ibe, portanto, é necessário ter cuidado ao usar este método)

A parte em torno de Q3 cercada por linha pontilhada não está montada. (para opcional para recurso de desligamento térmico futuro.)

As peças usadas são as abaixo, 0．1Ω 2W Akizuki Densho

dissipador de calor 【34H115L70】 Peças Multsu

Diodo retificador (100V 1A) IN4001 ebay https://www.ebay.com/itm/100PCS-1A-50V-Diode-1N4001 …

LM317T Controle de Tensão IC Akizuki Denshi

General Purose NPN Tr 2SC1815 Akizuki Denshi

U2 LT6106 Current Sense IC Akizuki Denshi

Pitch converter PCB para LT6106 (SOT23) Akizuki Denshi

Comparador U3 IC NJM2903 Akizuki Denshi

POT 10kΩ 、 500Ω 、 ５KΩ Akizuki Denshi

Etapa 5: ③ Seção de saída

A última parte é a seção de saída.

Eu gosto de medidores analógicos retrô, então adotei o medidor analógico.

E eu adotei um Poly Switch (fusível reinicializável) para proteção de saída.

As peças usadas são as abaixo, Fusível reinicializável 2,5Ａ REUF25 Akizuki Denshi

2.2KΩ 2W sangrador registror Akizuki Denshi

Voltímetro analógico 32V (medidor de painel) Akizuki Denshi

3A voltímetro analógico (medidor de painel) Akizuki Denshi

Terminal de saída MB-126G vermelho e preto Akizuki Denshi

Tábua de pão universal 210 x 155 mm Akizuki Denshi

Terminal para placa de pão (como desejar) Akizuki

Etapa 6: Concluir Montagem e Teste

Até agora, acho que a sua placa principal também foi concluída.

Prossiga com a fiação das peças fixadas na caixa, como cápsulas, medidores, terminais.

Se você terminou de fazer o projeto.

A etapa final é testar o projeto.

As especificações básicas desta fonte de alimentação analógica são

1, 0 ～ 30V ajuste grosso e ajuste fino da tensão de saída.

2, 0 ～ 2,0A de corrente de saída com limitador (eu recomendo usar sob as especificações do transformador)

3, interruptor de mudança de tensão de saída no painel traseiro para reduzir a perda ambiental

(0 ～ 12V, 12 ～ 30V)

Teste Básico

Testando o funcionamento do circuito.

Usei um resistor 5W 10Ω como carga simulada, conforme mostrado na foto.

Quando você define 5 V, fornece 0,5 A. 10 V 1 A, 20 V 2,0 A.

E quando você ajusta o limite de corrente para seu nível favorito, o limitador de corrente funciona.

Neste caso, a tensão de saída está diminuindo de acordo com o ajuste da corrente de saída.

Teste de forma de onda do osciloscópio

Eu gostaria de mostrar as formas de onda do osciloscópio também.

A primeira forma de onda é uma forma de onda crescente de tensão quando você liga a unidade.

CH1 (azul) está logo após o retificador e o capacitor de 2200uF aprox. 35V 5V / div).

CH2 (azul celeste) é a tensão de saída da unidade (2 V / div). É ajustado para 12 V e reduz a ondulação de entrada.

A segunda forma de onda é uma forma de onda ampliada.

CH1 e CH2 agora são 100mV / div. A ondulação do CH2 não é observada devido ao feedback do LM317 IC estar funcionando corretamente.

Próxima etapa, gostaria de testar em 11V com carga de corrente de 500mA (22Ω 5W). Você se lembra do baixo I = R / E de Ohm?

Então a ondulação da tensão de entrada do CH1 ficando maior para 350mVp-p, mas nenhuma ondulação observada na tensão de saída do CH2 também.

Eu gostaria de comparar a algum regulador tipo back DC-DC com a mesma carga de 500mA.

Grande ruído de comutação de 200mA é observado na saída do CH2.

Como você pode ver, De um modo geral, a fonte de alimentação analógica é adequada para aplicações de áudio de baixo ruído.

Que tal isso?

Se você tiver mais perguntas, sinta-se à vontade para me perguntar.

Etapa 7: Apêndice 1: Detalhes da operação do circuito e resultados da simulação

Uau, tantos leitores com mais de 1k foram visitados no meu primeiro post.

Estou simplesmente graduado para ver o numeroso contador de visualizações.

Bem, eu gostaria de voltar ao meu assunto.

Resultados da simulação da seção de entrada

Usei o simulador LT Spice para verificar o projeto do circuito.

Sobre como instalar ou como usar o LT Spice, por favor, google.

É um simulador analógico gratuito e bom para aprender.

O primeiro esquema é simplificado para a simulação do LT Spice e gostaria de anexar o arquivo.asc também.

O segundo esquema é para simulação de entrada.

Eu defini uma fonte de tensão DC offset 0, amplitude 36V, freq 60Hz e resistor de entrada 5ohm como especificações comparativas para o transformador. Como você sabe, a tensão de saída do transformador é exibida em rms, então a saída de 24Vrms deve ser 36Vpico.

A primeira forma de onda é a fonte de tensão + (verde) e a ponte retificadora + w / 2200uF (azul). Irá para cerca de 36V.

O LT Spice não podia usar potenciômetro variável, gostaria de definir um valor fixo para este circuito.

Tensão de saída 12V atual limite 1A assim. Eu gostaria de prosseguir para a próxima etapa.

Seção de controle de tensão usando LT317T

A próxima figura mostra a operação do LT317, basicamente, o LT317 funciona como regulador shunt, o que significa que o pino de tensão de saída para Adj. O pino é sempre a tensão de referência de 1,25 V, independentemente da tensão de entrada.

Isso também significa que uma certa corrente sangra em R1 e R2. O atual LM317 adj. pino para R2 também existem, mas muito pequeno como 100uA, então podemos negligenciá-lo.

Até agora, você pode entender claramente que a corrente I1 que o sangramento em R1 é sempre constante.

Então poderíamos fazer a fórmula R1: R2 = Vref (1,25V): V2. Eu escolho 220Ω para R1 e 2,2K para R2, Então, a fórmula é transformada em V2 = 1,25 V x 2,2 k / 220 = 12,5 V. Esteja ciente de que a tensão de saída real é V1 e V2.

Então, 13,75 V é exibido no pino de saída do LM317 e no GND. E também ciente de quando R2 é zero, saída de 1,25 V

permanecer.

Então eu usei uma solução simples, eu só uso o transisitor de saída Vbe e o diodo Vf para cancelar 1,25V.

A Vbe e a Vf em geral estão em torno de 0,6 a 0,7 V. Mas você também deve estar ciente das características Ic - Vbe e If - Vf.

Mostra que uma certa corrente de purga é necessária quando você usa este método para cancelar 1,25V.

Portanto, adiciono um registrador de sangramento R13 2.2K 2W. Sangra aprox. 5mA quando saída de 12V.

Até agora, estou um pouco cansado de explicar. Eu preciso almoçar e almoçar cerveja. (Risos)

Então, eu gostaria de continuar na próxima semana gradualmente. Desculpe pelo seu transtorno.

Próxima etapa, gostaria de explicar como o limitador de corrente funciona com precisão, usando a simulação de etapa do parâmetro de carga LT Spice.

Seção do limitador de corrente usando LT6106

Visite o site da Linear Technology e consulte a folha de dados para a aplicação do LT6106.

www.linear.com/product/LT6106

Gostaria de mostrar o desenho para explicar a aplicação típica que descreve AV = 10 para o exemplo 5A.

Há um registro de detecção de corrente de 0,02 ohm e a saída detectada de fora do pino é agora 200mV / A, então

o pino de saída aumentaria até 1V em 5A, certo?

Vamos pensar em meu aplicativo com este exemplo típico em mente.

Desta vez, gostaríamos de usar o limite de corrente abaixo de 2A, então 0,1 ohm é adequado.

Neste caso, o pino aumenta 2V em 2A? Isso significa que a sensibilidade agora é 1000mV / A.

Depois disso, temos que fazer, basta ligar / desligar o pino LM317 ADJ com o comparador genérico

como NJM2903 LM393 ou LT1017 e transistor NPN genérico como 2SC1815 ou BC337?

que cortou com a tensão detectada como o limite.

Até agora, a explicação do circuito acabou, e vamos começar as simulações completas do circuito!

Etapa 8: Apêndice 2: Simulação da Etapa do Circuito e Resultados da Simulação

Eu gostaria de explicar a chamada simulação em etapas.

A simulação simples usual simula apenas uma condição, mas com a simulação em etapas, podemos alterar as condições continuamente.

Por exemplo, a definição da simulação da etapa para o registro de carga R13 é mostrada na próxima foto e abaixo.

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

Isso significa que o valor de R13 mostrado como {Rf} varia de 1K ohm, (100, 24, 12, 6) a 3 ohm.

Como obviamente entendido, quando a corrente de 1K ohm desenhada para carregar R é ①12mA

(porque a tensão de saída agora está definida para 12 V).

e ②120mA a 100 ohm, ③1A a 12 ohm, ④2A a 6 ohm, ⑤4A a 3 ohm.

Mas você pode ver que a tensão limite é definida para 1 V por R3 8k e R7 2k (e a tensão para o comparador é 5 V).

Então, a partir da condição ③, o circuito limitador de corrente deve funcionar. O próximo desenho é o resultado da simulação.

Que tal isso até agora?

Pode ser um pouco difícil de entender. porque o resultado da simulação pode ser difícil de ler.

As linhas verdes mostram a tensão de saída e as linhas azuis mostram a corrente de saída.

Você pode ver que a tensão é relativamente estável até 12 ohms 1A, mas de 6 ohms 2A a tensão diminui para 6V para limitar a corrente a 1A.

Você também pode ver que a tensão de saída DC de 12mA a 1A caiu um pouco.

É quase causado pela não linearidade de Vbe e Vf, conforme expliquei na seção anterior.

Eu gostaria de adicionar a próxima simulação.

Se você omitir D7 no esquema de simulação anexado, os resultados da tensão de saída serão relativamente estáveis.

(mas a tensão de saída está ficando mais alta do que a anterior, fora do curso.)

Mas é uma espécie de troca, porque gostaria de controlar esse projeto de 0V mesmo que a estabilidade seja um pouco perdida.

Se você começar a usar a simulação analógica como o LT Spice, é fácil verificar e testar sua ideia de circuito analógico.

Ummm, eventualmente parece que terminei a explicação completa eventualmente.

Eu preciso de uma cerveja para o fim de semana (risos)

Se você tiver alguma dúvida sobre este projeto, sinta-se à vontade para me perguntar.

E espero que todos vocês gostem de uma boa vida DIY com meu artigo!

Cumprimentos,