พาวเวอร์ซัพพลายแบบลิเนียร์เอาท์พุตคู่ที่ปรับได้: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

คุณสมบัติ:

• การแปลง AC – DC แรงดันเอาต์พุตคู่ (บวก – กราวด์ – ลบ)
• รางบวกและลบที่ปรับได้
• เพียงหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับแบบ Single-Output
• เอาต์พุตเสียง (20MHz-BWL, ไม่โหลด): ประมาณ 1.12mVpp
• เสียงรบกวนต่ำและเอาต์พุตที่เสถียร (เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจ่ายไฟให้กับ Opamps และ Pre-amplifiers)
• แรงดันขาออก: +/-1.25V ถึง +/-25V กระแสไฟขาออกสูงสุด: 300mA ถึง 500mA
• ราคาถูกและง่ายต่อการบัดกรี (แพ็คเกจส่วนประกอบทั้งหมดเป็น DIP)

แหล่งจ่ายไฟที่มีสัญญาณรบกวนต่ำแบบเอาต์พุตคู่เป็นเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับผู้ที่ชื่นชอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีหลายกรณีที่จำเป็นต้องใช้พาวเวอร์ซัพพลายแบบดับเบิ้ลเอาท์พุต เช่น การออกแบบพรีแอมพลิฟายเออร์และการจ่ายไฟให้กับ OPAMP ในบทความนี้ เราจะสร้างแหล่งจ่ายไฟเชิงเส้นที่ผู้ใช้สามารถปรับรางบวกและลบได้อย่างอิสระ ยิ่งกว่านั้นเพียงใช้หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับแบบ single-output ธรรมดาที่อินพุต

[1] การวิเคราะห์วงจร

รูปที่ 1 แสดงแผนผังของอุปกรณ์ D1 และ D2 เป็นไดโอดเรียงกระแส C1 และ C2 สร้างขั้นตอนตัวกรองการลดเสียงรบกวนขั้นแรก

ขั้นตอนที่ 1: รูปที่ 1 แผนผังไดอะแกรมของแหล่งจ่ายไฟเสียงรบกวนต่ำ

R1, R2, C1, C2, C3, C4, C5 และ C6 สร้างตัวกรอง RC ความถี่ต่ำซึ่งช่วยลดเสียงรบกวนจากรางทั้งบวกและลบ พฤติกรรมของตัวกรองนี้สามารถตรวจสอบได้ทั้งในทางทฤษฎีและทางปฏิบัติ ออสซิลโลสโคปที่มีคุณสมบัติ Bode plot สามารถทำการวัดเหล่านี้ได้ เช่น Siglent SDS1104X-E IC1 [1] และ IC2 [2] เป็นส่วนประกอบหลักของวงจรนี้

ตามเอกสารข้อมูลของ IC1 (LM317): “อุปกรณ์ LM317 เป็นตัวควบคุมแรงดันบวกสามขั้วที่ปรับได้ซึ่งสามารถจ่ายไฟได้มากกว่า 1.5 A ในช่วงแรงดันเอาต์พุต 1.25 V ถึง 37 V ต้องใช้ตัวต้านทานภายนอกเพียงสองตัวเท่านั้น ตั้งค่าแรงดันขาออก อุปกรณ์นี้มีการควบคุมสายทั่วไปที่ 0.01% และการควบคุมโหลดทั่วไปที่ 0.1% ซึ่งรวมถึงการจำกัดกระแสไฟ การป้องกันโอเวอร์โหลดจากความร้อน และการป้องกันพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย การป้องกันการโอเวอร์โหลดยังคงใช้งานได้แม้ว่าจะถอดขั้ว ADJUST ออก”

เป็นที่ชัดเจนว่า เรกูเลเตอร์นี้แนะนำตัวเลขการควบคุมไลน์และโหลดที่ดี ดังนั้นเราจึงคาดหวังว่าจะได้รางเอาต์พุตที่เสถียร ซึ่งเหมือนกับ IC2 (LM337) ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือชิปนี้ใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงลบ D3 และ D4 ใช้สำหรับการป้องกัน

ไดโอดให้เส้นทางการปลดปล่อยอิมพีแดนซ์ต่ำเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวเก็บประจุ (C9 และ C10) คายประจุเข้าสู่เอาต์พุตของตัวควบคุม R4 และ R5 ใช้เพื่อปรับแรงดันเอาต์พุต C7, C8, C9 และ C10 ใช้เพื่อกรองสัญญาณรบกวนเอาต์พุตที่เหลืออยู่

[2] เค้าโครง PCB

รูปที่ 2 แสดงเค้าโครง PCB ของวงจร ได้รับการออกแบบบนบอร์ด PCB ชั้นเดียวและส่วนประกอบทั้งหมดเป็น DIP ค่อนข้างง่ายสำหรับทุกคนในการประสานส่วนประกอบและเริ่มใช้อุปกรณ์

ขั้นตอนที่ 2: รูปที่ 2 เค้าโครง PCB ของพาวเวอร์ซัพพลาย

ฉันใช้ไลบรารีคอมโพเนนต์ SamacSys สำหรับ IC1 [3] และ IC2 [4] ไลบรารีเหล่านี้ฟรีและที่สำคัญกว่านั้นเป็นไปตามมาตรฐาน IPC footprint อุตสาหกรรม ฉันใช้ Altium ดังนั้นฉันจึงติดตั้งไลบรารีโดยตรงโดยใช้ปลั๊กอิน Altium [5] รูปที่ 3 แสดงส่วนประกอบที่เลือก ปลั๊กอินที่คล้ายกันสามารถใช้กับ KiCad และซอฟต์แวร์ CAD อื่นๆ

ขั้นตอนที่ 3: รูปที่ 3 ไลบรารีคอมโพเนนต์ SamacSys (ปลั๊กอิน AD) สำหรับ IC1 (LM137) และ IC2 (LM337)

รูปที่ 4 แสดงมุมมอง 3 มิติของบอร์ด PCB

ขั้นตอนที่ 4: รูปที่ 4 มุมมอง 3 มิติของบอร์ด PCB ขั้นสุดท้าย

[3] การประกอบและทดสอบ รูปที่ 5 แสดงบอร์ดประกอบ ฉันตัดสินใจใช้หม้อแปลง 220V ถึง 12V เพื่อรับสูงสุด +/-12V ที่เอาต์พุต รูปที่ 6 แสดงการเดินสายที่จำเป็น

ขั้นตอนที่ 5: รูปที่ 5 แผงวงจรประกอบ

ขั้นตอนที่ 6: รูปที่ 6 แผนภาพการเดินสายไฟหม้อแปลงและวงจร

ด้วยการหมุนโพเทนชิโอมิเตอร์แบบมัลติเทิร์น R4 และ R5 คุณสามารถปรับแรงดันไฟฟ้าบนรางบวกและลบได้อย่างอิสระ รูปที่ 7 แสดงตัวอย่าง ซึ่งฉันได้ปรับเอาท์พุตที่ +/-9V แล้ว

ขั้นตอนที่ 7: รูปที่ 7, +/-9V Rails ที่ Output

ตอนนี้ได้เวลาวัดสัญญาณรบกวนเอาต์พุตแล้ว ฉันใช้ออสซิลโลสโคป Siglent SDS1104X-E ที่แนะนำความไว 500uV/div ที่อินพุต ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดดังกล่าว ฉันวางแชนเนลหนึ่งไว้ที่ 1X, คัปปลิ้ง AC, ขีด จำกัด แบนด์วิดท์ 20MHz จากนั้นตั้งค่าโหมดการรับเป็นการตรวจจับสูงสุด

จากนั้นฉันก็ถอดสายกราวด์ออกแล้วใช้กราวด์สปริงโพรบ โปรดทราบว่าการวัดนี้ไม่มีโหลดเอาต์พุต รูปที่ 8 แสดงหน้าจอออสซิลโลสโคปและผลการทดสอบ ตัวเลข Vpp ของสัญญาณรบกวนอยู่ที่ประมาณ 1.12mV โปรดทราบว่าการเพิ่มกระแสไฟขาออกจะเพิ่มระดับเสียงรบกวน/ระลอกคลื่น นี่เป็นเรื่องจริงสำหรับอุปกรณ์จ่ายไฟทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 8: รูปที่ 8 สัญญาณรบกวนของพาวเวอร์ซัพพลาย (ภายใต้ No Load)

อัตรากำลังของตัวต้านทาน R1 และ R2 กำหนดกระแสไฟขาออก ดังนั้นฉันจึงเลือกตัวต้านทาน 3W นอกจากนี้ หากคุณตั้งใจจะดึงกระแสสูงหรือความต่างศักย์ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตของตัวควบคุมสูง อย่าลืมติดตั้งฮีทซิงค์ที่เหมาะสมบน IC1 และ IC2 คุณสามารถคาดหวังว่าจะได้รับ 500mA (สูงสุด) โดยใช้ตัวต้านทาน 3W หากคุณใช้ตัวต้านทาน 2W ค่านี้จะลดลงเหลือ 300mA (สูงสุด) โดยธรรมชาติ

[4] วัสดุ

รูปที่ 9 แสดงรายการวัสดุ

ขั้นตอนที่ 9: รูปที่ 9 รายการวัสดุ

ขั้นตอนที่ 10: การอ้างอิง

ที่มา:

[1] เอกสารข้อมูล LM317:

[2] เอกสารข้อมูล LM337:

[3]: Schematic Symbol และ PCB Footprint สำหรับ LM317:

[4]: Schematic Symbol และ PCB Footprint สำหรับ LM337:

[5]: ปลั๊กอิน Altium: