Конструкция блока питания - несколько регуляторов напряжения

13

Я пытаюсь разработать настольный источник питания постоянного тока для питания небольших проектов, макетов, Arduino и т. Д. Вот список того, что я хочу от него:

  • Рельсы с фиксированным напряжением для 24 В, 12 В, 9 В, 5 В и 3,3 В
  • Изменить: Текущие требования: 1A будет в порядке, 2A, я буду доволен, и где-нибудь рядом с полным 3A на предложение от блока питания ноутбука, который я использую (см. Ниже), будет здорово.
  • Шина переменного напряжения от ~ 0В до ~ 24В
  • Широтно-импульсная модуляция на переменном рельсе
  • Панель вольтметра на переменной рейке
  • Индикатор включения питания
  • USB-порты для зарядки USB-устройств
  • (Другие вещи, не связанные с этим вопросом, такие как выбираемые методы для работы с скачками переходного напряжения от использования ШИМ для питания индуктивных нагрузок, регулируемые диапазоны частот ШИМ и т. Д.)

Я буду использовать блок питания ноутбука от 240 В до 24 В постоянного тока, способный выдавать 3А.

Чтобы получить желаемое напряжение, я намерен использовать линейный регулятор напряжения для каждой шины, каждый из которых получает вход 24 В от блока питания. Обзор моей предполагаемой настройки показан ниже. Дизайн блока питания

Схема ШИМ, которую я буду использовать, будет запитана от шины 12 В. Порты USB сойдут с шины 5В. Светодиодный индикатор включения питания (не показан), скорее всего, отключится от шины 3.3 В.

Вот мои вопросы:

  1. Я предполагаю, что регуляторы напряжения должны быть параллельны, каждый из которых должен иметь полный вход 24 В, хотя для некоторых из них будет большая разница между входом и выходом (например, от 24 В до 3,3 В). Я думал о том, чтобы соединить их последовательно, чтобы выход 12 В первого регулятора подавал на регулятор 9 В, который питал регулятор 5 В и т. Д., Но схема каждого блока регулятора на моей схеме выше разделяла бы некоторый ток, оставляя меня с очень небольшим максимальным входом 3A для нижних шин питания. Это верно? Я также предполагаю, что большее снижение напряжения, необходимое для параллельной компоновки, как показано, будет производить больше тепла, чем в серии, но каждый регулятор будет иметь хороший толстый радиатор, и все это будет заключено во что-то, по крайней мере, с вентилятором или два и много отверстий для вентиляции.
  2. Шина переменного напряжения будет управляться потенциометром в стабилизаторе переменного напряжения (LM350). Должен ли я использовать разные фиксированные регуляторы напряжения для моих шин с фиксированным напряжением, или использовать LM350 для каждого, и устанавливать их выходы с фиксированными резисторами или триммерами?
  3. Поскольку блок питания ноутбука уже использует выходы 24 В, должен ли я подключить его непосредственно к выходному разъему для моей шины 24 В, или я должен также вставить туда регулятор напряжения? В идеале, не было бы смысла регулировать 24 В до 24 В, но я не уверен, насколько надежным является напряжение от блока питания ноутбука. Я даже не уверен, что вы можете вытащить из регулятора именно то, что вы вставили - там должно быть какое-то падение напряжения на этом пути. Если необходимо, есть ли другой способ обеспечить постоянный выход 24 В?
  4. Некоторое время назад я видел учебное пособие, где кто-то подключал вольтметр к блоку питания, но в инструкциях упоминалось использование батареи 9 В и реле для питания вольтметра, а не питание напрямую от внутренних блоков блока питания. Должен ли я сделать это? В учебнике, который я прочитал, не было причин Как упомянуто выше, я собирался получить питание от 12-вольтовой шины.
  5. Что-то не хватает, что можно считать существенным для конструкции источника питания? Какие-либо функции безопасности? LM350 рассчитан на 3A и имеет встроенную защиту от перегрузки по току. Я также добавлю предохранители к каждой рейке. Будет ли этого достаточно в случае короткого замыкания при любой внешней нагрузке (например, плохо подключенный макет и т. Д.)
Synchronium
источник
Меня смущает «ШИМ 0–24 В постоянного тока» - это регулируемая шина пикового напряжения с прямоугольным (прерывистым) выходом переменной частоты?
Адам Лоуренс
2
Многие из автономных модулей DVM требуют, чтобы их источник питания был изолирован от измеряемого напряжения - ваш пункт 4 относится к этим измерителям. Тем не менее, есть некоторые модули DVM, которые позволяют подключать их заземление к заземлению измеряемого напряжения - внимательно прочитайте спецификации для этой функции при выборе модуля DVM.
Питер Беннетт
Madmanguruman - Да, это план. Питер Беннетт - +1 за разъяснение.
Синхрония
Не могли бы вы дать нам приблизительные числа для того, какой ток вы хотите на каждой шине напряжения? Это может иметь большое значение для линейных и импульсных регуляторов, параллельных и последовательных и т. Д.
Джо Бейкер,

Ответы:

8

Я согласен с другими, что переключатели являются лучшим выбором с точки зрения эффективности, но с ними может быть несколько сложно справиться, если вы неопытны, и может быть много странных эффектов, которые не сразу очевидны (падение предзаряда, частота ударов и т. д.) которые могут осложнить жизнь. Предполагая, что вы вычислили рассеиваемую мощность и знаете, какой ток может выдавать каждая шина, если линейные линии будут работать на вас, придерживайтесь их (по крайней мере, для первого прохода).

Если вы пытаетесь получить прямоугольную волну с переменной амплитудой на регулируемой шине, прерывание может привести к появлению шума в основной шине 24 В, который может появиться на других шине. Возможно, вы захотите установить LC-фильтр между основной шиной 24 В и входом регулятора для обеспечения высокочастотной изоляции, и, возможно, вам потребуется дополнительная емкость на выходе регулируемого регулятора (объемный электролитический, а также керамический с низким импедансом), если вы ожидаете прямоугольные края волны должны быть острыми.

1, 5) Есть некоторые опасности с вашей схемой.

Рассеиваемая мощность в линейных регуляторах составит

(VoutVin)Iout

что важно, особенно для нижних выходных рельсов. Регуляторы типа 78xx имеют встроенную тепловую защиту около 125 ° C и (без теплоотвода) тепловое сопротивление соединения воздух-воздух 65 ° C / Вт. Ваше управление температурой будет проблематичным.

Другая потенциальная проблема - если последовательный элемент в любом из ваших низковольтных регуляторов выйдет из строя или будет обойден (закорочен), вы представите полный 24 В вход на выходе. Это может иметь катастрофические последствия для логики низкого напряжения. Вы должны защитить свои низковольтные рельсы с помощью ломов SCR, которые могут поглотить достаточный ток, чтобы положить кирпич DC / DC в ограничение тока и разрушить шину 24 В (им также понадобятся большие радиаторы). Плавкие предохранители вряд ли будут хорошей защитой, поскольку 24-вольтовый блок, вероятно, недостаточно жесток, чтобы генерировать необходимый для того, чтобы перегореть предохранитель.I2t

2) Все, что плавает на вашей лодке.

4) Метры не большие нагрузки. Просто используйте один из ваших рельсов.

3) Правильно - все регуляторы имеют требования к запасу. Если вы хотите максимальный выход 24 В, вам понадобится прямое соединение, и вам придется полагаться на любые внутренние средства защиты, которые обеспечит вам кирпич.

Адам Лоуренс
источник
Это мой первый настоящий проект, так что, похоже, проще использовать линейные регистры. Я думаю, что регулирование от 24 В до 3,3 В при 3 А даст около 62 Вт от одного чипа. Меньше так для рельсов с более высоким напряжением, но все же важно. Таким образом, кажется, единственный разумный вариант - соединить их последовательно, по крайней мере, с одним промежуточным звеном между 24v и 12v. Что-то вроде 24-> 18-> 12-> 9-> 5 // 5 (USB) -> 3,3 В Надеемся, что это снизит рассеяние мощности для отдельных регуляторов до более управляемого уровня. Я рассмотрю то, что вы предлагаете для вывода прямоугольной волны, и выясню, что такое лом. Спасибо!
Синхрония
8

Вы не упомянули требования к выходному току, но самая большая проблема, с которой вы столкнетесь, - это рассеяние мощности, и я настоятельно рекомендую вам рассмотреть вопрос об использовании импульсных регуляторов для 12 В, 9 В, 5 В и 3 В 3 и при необходимости использовать их для генерации 13 В, 10 В, 6 В и т. Д. И оснащены линейными регуляторами с низким падением напряжения (LDO), которые обеспечивают падение до требуемого конечного напряжения.

Преимуществами являются значительно более низкое тепловыделение в конструкции и более высокие значения выходного тока, особенно для 3V3 и 5V.

1) Регуляторы могут быть последовательно или параллельно, но именно регулятор 12 В будет генерировать большую часть тепла, если использовать линейные регуляторы последовательно. Если вы используете коммутаторы, то при условии, что они могут работать со входом 24 В +, тогда параллельное подключение, вероятно, будет лучше, НО, если вы найдете действительно приличный коммутатор 12 В и отключите другие коммутаторы / LDO более низкого напряжения от его выхода, то это тоже будет работать.

2) Я бы использовал коммутаторы и линейный LDO (опционально)

3) я бы подключил его напрямую

4) Я не понимаю этого вопроса, НО также не вижу проблемы с измерением на выходе.

5) Добавьте предохранители перед регуляторами, если необходимо, но, скорее всего, большинство регуляторов будет иметь защиту от перегрузки по току, которая легко добавляется, если не встроена в устройство. Я мог бы испытать желание запустить USB от его собственной схемы 5V Reg. Я также мог бы испытать желание предоставить шину -9 В (или -12 В или -5 В).

РЕДАКТИРОВАТЬ - я бы, вероятно, поставить светодиод на каждом выходе

Энди ака
источник
Я прочитал о переключении регуляторов после прочтения вашего ответа, и кажется, что они могли бы стать идеальным путем. Я предполагаю, что вы рекомендуете регулировать до Vout + 1 на каждой шине, а затем использовать регуляторы LDO для понижения напряжения, чтобы уменьшить шум, вызванный переключением регуляторов? Тем не менее, у меня есть довольно много доступных линейных регуляторов LM350, и, поскольку у меня ограниченный бюджет, и я не могу найти подходящих переключающих регуляторов, я могу воспользоваться решением на основе линейных регуляторов. Спасибо!
Синхрония
Напряжение выпадения составляет 2,8 В на полных 3 А для LM350, поэтому их можно использовать с коммутатором, но коммутатору необходимо будет подать 14,8 В для регулятора 12 В и т. Д. (См. Рис. 10 в спецификации LM350). Возможно, стоит подумать о том, чтобы предусмотреть коммутатор и обойти его для начальной настройки и тестирования. LM2679 очень прост в использовании и поставляется в фиксированных версиях 3.3, 5 и 12v или в настраиваемой версии ti.com/lit/ds/symlink/lm2679.pdf
Энди aka