LM317 القائم على DIY متغير امدادات الطاقة Benchtop: 13 خطوة (مع الصور)

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56

إن مصدر الطاقة هو بلا شك معدات ضرورية للغاية لأي مختبر إلكترونيات أو لأي شخص يريد القيام بمشاريع إلكترونية ، وخاصة إمدادات الطاقة المتغيرة. في هذا البرنامج التعليمي ، سأوضح لك كيف قمت ببناء LM317 منظم خطي متغير قائم على متغير 1.2-30 فولت (1.2 فولت لإدخال جهد 2.7 فولت في الواقع).

هذه هي الميزات التي كنت أرغب في الحصول عليها من PSU.

• خرج متغير واحد مع تيار الحد الأدنى 2 أ.
• خرج ثابت 12 فولت مع 2 أمبير.
• خرج ثابت 5 فولت مع 2 أمبير.
• خرج ثابت 3.3 فولت مع 1 أمبير.
• منفذا USB لشحن الهواتف عند 1 أمبير.

لا يستخدم مزود الطاقة أي محول بدلاً من ذلك ، فهو يقلل من جهد الدخل الثابت في نطاق 15-35 فولت إلى العديد من الفولتية المختلفة عند الخرج. لذلك يمكنك تشغيل هذه الوحدة بواسطة أي SMPS بجهد مقنن 15-35V والتيار 2-5A أو مزود محول بنفس المواصفات.

الخطوة الأولى: الاستعداد

1. انتقل إلى https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download وقم بتنزيل برنامج التصوير التخطيطي Eagle لنظام التشغيل الخاص بك.
2. انتقل إلى https://www.sketchup.com/download وقم بتنزيل أحدث إصدار من SketchUp وقم بتثبيته.
3. ابحث عن SMPS جيد بمعدل جهد يتراوح بين 15-36 فولت أو قم بعمل إمداد قائم على المحول بجهد خرج تيار مستمر 15-36 فولت.

الخطوة 2: التخطيطي

سيعطيك التخطيطي نظرة ثاقبة على خطتي. ولكن لم يتم تصميمه لإنشاء ملف ثنائي الفينيل متعدد الكلور لأنني عادةً ما أقوم بعمل لوحة لتصميماتي لمرة واحدة. لذلك لم أهتم بحزم المكونات. يجب عليك تحديد الحزم المناسبة إذا كنت تريد إنشاء تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور. هناك ثلاثة ترانزستورات LM317s وثلاثة ترانزستورات تمرير TIP2955 PNP لكل منهما. كل من تلك LM317s سوف تقلل المدخلات 36V إلى الفولتية المبرمجة. سوف ينتج U2 جهدًا ثابتًا بجهد 12 فولت ، وسوف ينتج U3 جهدًا متغيرًا ، بينما ينتج U1 جهدًا إضافيًا 12 فولتًا لمنظمين 5 فولت و 3.3 أخرى لتقليل الحرارة المشتتة بواسطتهم.

يمكن أن يوفر LM317 تيار إخراج يزيد عن 1.5A. ولكن في هذه الحالة ، مع وجود اختلاف كبير في الفولتية المدخلات والمخرجات ، سيتعين على LM317 تبديد الطاقة الزائدة كحرارة ؛ الكثير من الحرارة. لذلك نستخدم عناصر المرور. لقد استخدمت هنا ترانزستور الطاقة TIP2955 كعنصر تمرير على الجانب الإيجابي. يمكنك استخدام TIP3055 أو 2N3055 كعنصر تمرير على الجانب السلبي أو جانب الإخراج. لكن السبب في أنني اخترت PNP لأنهم لا يغيرون جهد الخرج كما تفعل ترانزستورات NPN (سيكون الإخراج + 0.7 فولت أعلى عند استخدام NPN). تُستخدم ترانزستورات PNP كعناصر تمرير في منظمات التسرب المنخفضة والمنخفضة للغاية. لكنها تعرض بعض مشكلات استقرار الإخراج والتي يمكن تخفيفها عن طريق إضافة المكثفات عند الخرج.

ستنتج المقاومات 2W R5 و R7 و R9 جهدًا كافيًا لتحيز ترانزستورات المرور عند التيارات المنخفضة. يتم توصيل مخرج 12V الإضافي بمدخلات من ثلاثة منظمات LM2940 منخفضة للغاية 5V 1A ، يستخدم اثنان منها لمخرجات USB والآخر لإخراج اللوحة الأمامية. يتم توصيل أحد خرج 5 فولت بمنظم AMS1117 لإخراج 3.3 فولت. لذا فهي عبارة عن شبكة متسلسلة من المنظمين المختلفين.

الإخراج المتغير مأخوذ من U3 كما هو موضح في التخطيطي. لقد استخدمت مقياس جهد 5 كيلو متسلسل مع وعاء 1 كيلو للحصول على ضبط خشن ودقيق لجهد الخرج. يتم توصيل وحدة الفولتميتر DSN DVM-368 (البرنامج التعليمي على موقع الويب الخاص بي) بالإخراج المتغير لعرض الجهد في اللوحة الأمامية. راجع قسم "الأسلاك" لمعرفة التعديلات التي يجب إجراؤها على وحدة الفولتميتر. يمكنك استخدام أي وحدات نمطية أخرى V أو A بدون تعديلات كثيرة.

قم بتنزيل صورة-p.webp

الخطوة 3: نموذج SketchUp ثلاثي الأبعاد

لتخطيط موضع الموصلات والمفاتيح وما إلى ذلك وللحصول على الأبعاد الصحيحة لقطع لوح MDF وقناة الألومنيوم وما إلى ذلك ، قمت أولاً بتصميم نموذج ثلاثي الأبعاد لصندوق PSU في SketchUp. كان لدي بالفعل جميع المكونات معي. لذلك كان تصميم النموذج سهلاً. لقد استخدمت لوح MDF بسماكة 6 مم وسبائك الألمنيوم (الزاوية) بحجم 25 مم وسمك 2 مم. يمكنك تنزيل ملف نموذج SketchUp باستخدام الرابط أدناه.

ملف LM317 PSU SketchUp 2014: قم بتنزيل الملف أدناه. أنت حر في تنزيل هذه المواد وتعديلها وإعادة توزيعها.

الخطوة 4: اجمع الأدوات والأجزاء

هذه هي المواد والأدوات والمكونات المطلوبة.

لمربع PSU ،

• لوح MDF بسمك 6 مم.
• سحب الألمنيوم بزاوية - مقاس 25 مم ، سمك 2 مم.
• براغي آلية مقاس 25 مم برأس مشقوق ومستدير وصواميل وغسالات متوافقة.
• لوح أكريليك أو ABS بسمك 3-4 مم.
• غرفة التبريد ومروحة الألمنيوم القديمة لوحدة المعالجة المركزية.
• قدم بي في سي مقاس 1.5 سم.
• طلاء بخاخ أسود غير لامع.
• MDF التمهيدي.

للوحة الدائرة ،

• 3x TIP2955 (حزمة TO-247)
• عوازل الميكا للترانزستورات TO-247
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2 واط ، 100 أوم مقاومات
• مكثفات سيراميك 10x 100 nF
• 6x 1N4007 الثنائيات
• 470 فائق التوهج ، 40V كبسولات كهربائيا
• 1x 6A4 ديود
• 3x 1 كيلو مقاومات
• 3x 200 أوم مقاومات
• 1x3-4A الصمامات وحاملات الصمامات
• 100 فائق التوهج ، 10 كبسولات كهربائيا
• 1x 1K مقياس جهد خطي
• 1x 5K مقياس جهد خطي
• 2x مقابض مقياس الجهد
• 2 كتل طرفية دبوس
• خافضات حرارة لحزم TO220
• معجون بالوعة الحرارة
• 4x مفاتيح تبديل / رافعة SPST
• الكابلات والأسلاك من مصادر الطاقة القديمة للكمبيوتر الشخصي
• أنابيب الانكماش الحراري 3 مم و 5 مم
• مصفوفة مثقبة ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• رؤوس دبوس ذكر
• عدد 2 أنثى مستقبلات USB من النوع A.
• موصلات مكبر صوت 4x أو دعامات ربط 8x
• 1x SPST / DPDT مفتاح متأرجح
• 4x 3mm / 5mm المصابيح
• 1x DSN-DVM-368 الفولتميتر
• 5x أنثى DC موصلات برميل (برغي)
• المواجهات البلاستيكية

أدوات

• شفرات منشارا
• اله للثقب
• لاعب الأنف
• أنواع الملفات المختلفة
• أنواع مختلفة من المفكات
• شريط قياس
• علامة قرص مضغوط سوداء دائمة
• أنواع عديدة من Philips ومفكات البراغي المشقوقة (شراء مجموعة)
• سكين وشفرات قابلة للسحب
• أداة دوارة (ليست ضرورية إذا كانت لديك مهارة)
• ورق رمل بحجم 300 و 400 حبيبة رملية
• القراص (للأسلاك النحاسية)
• المقياس المتعدد
• لحام حديد
• سلك اللحام والتدفق
• قواطع الأسلاك
• ملاقيط
• وأي أداة يمكنك أن تجدها.
• قناع التلوث / الغبار للحماية من الطلاء.

الخطوة 5: بناء لوحة الدوائر

قطع بيرفبورد وفقا لمتطلباتك. ثم ضع مكونات اللحام حسب التخطيطي. لم أقوم بإنشاء ملف PCB للنقش. ولكن يمكنك استخدام الملف التخطيطي Eagle أدناه لصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور بنفسك. بخلاف ذلك ، استخدم براعتك لتخطيط المواضع والتوجيه ولحام كل شيء بشكل جيد. اغسل ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمحلول IPA (كحول الأيزوبروبيل) لتنظيف أي بقايا لحام.

الخطوة السادسة: بناء الصندوق

جميع الأبعاد التي يتم بها قطع لوحة MDF وقنوات الألومنيوم وأبعاد الفتحات ومواضع الفتحات وكلها في نموذج SketchUp. فقط افتح الملف في SketchUp. لقد جمعت الأجزاء معًا ، لذا يمكنك بسهولة إخفاء أجزاء من النموذج واستخدام أداة القياس لقياس الأبعاد. جميع الأبعاد مم أو سم. استخدم 5 مم لقم الثقب. تحقق دائمًا من محاذاة الثقوب والأجزاء الأخرى للتأكد من تطابق كل شيء معًا بسهولة. استخدم أوراق الرمل لتنعيم سطح قنوات MDF والألمنيوم.

ستحصل على فكرة حول كيفية إنشاء الصندوق بمجرد فحص النموذج ثلاثي الأبعاد. يمكنك تعديله حسب احتياجاتك. هذا هو المكان الذي يمكنك فيه استخدام إبداعك وخيالك إلى أقصى حد.

بالنسبة للوحة الأمامية ، استخدم لوح أكريليك أو أكريلونتريل بوتادين ستايرين وقم بقطع ثقوب فيه باستخدام قاطع ليزر إذا كان بإمكانك الوصول إلى واحدة. لكن لسوء الحظ لم يكن لدي آلة ليزر والعثور على واحدة سيكون مهمة شاقة. لذلك قررت التمسك بالنهج التقليدي. لقد وجدت إطارات وصناديق بلاستيكية من ثلاجات قديمة من متجر خردة. في الواقع اشتريتهم بسعر غير معقول. كان أحد هذا الإطار سميكًا ومسطحًا بدرجة كافية لاستخدامه كلوحة أمامية ؛ لم يكن سميكًا جدًا ولا رقيقًا جدًا. لقد قمت بقصها بالقياسات الصحيحة وحفرت فيها ثقوبًا وقطعتها ، لتلائم جميع المفاتيح وموصلات الإخراج. كان منشارا وآلة حفر أداتي الرئيسية.

نظرًا للتصميم المحدد للمربع ، قد تواجه بعض المشكلات في إرفاق اللوحة الأمامية ببقية الصندوق. لقد قمت بلصق قطع بلاستيكية من بلاستيك ABS خلف الزوايا المواجهة الأمامية وثبتها بها مباشرة دون الحاجة إلى صواميل. سوف تحتاج إلى القيام بشيء كهذا أو شيء أفضل.

بالنسبة للمبدد الحراري ، استخدمت واحدًا من مبرد وحدة المعالجة المركزية القديم. لقد قمت بحفر ثقوب فيه وربطت جميع ترانزستورات المرور الثلاثة بعوازل الميكا (هذا مهم!) فيما بينها للعزل الكهربائي. بعد أن أدركت أن غرفة التبريد وحدها لن تؤدي المهمة ، أضفت فيما بعد مروحة تبريد من الخارج للمبدد الحراري وقمت بتوصيلها بالمولد الإضافي 12 فولت.

الخطوة 7: رسم الصندوق

عليك أولاً أن تقوم برمل MDF بورق صنفرة بحجم 300 أو 400 حبيبة رملية. ثم قم بتطبيق طبقة رقيقة وموحدة من الخشب التمهيدي أو MDF التمهيدي. ضع طبقة أخرى بعد أن تجف الطبقة الأولى بدرجة كافية. كرر هذا حسب متطلباتك واتركه يجف لمدة يوم أو يومين. عليك أن تقوم برمل طبقة التمهيدي قبل أن تتمكن من رش الطلاء. الطلاء سهل باستخدام علب الطلاء المضغوطة.

الخطوة 8: الأسلاك

قم بإصلاح اللوحة التي قمت بلحامها في منتصف الورقة السفلية وقم بلفها باستخدام براغي صغيرة للماكينة ومواقف بينها. لقد استخدمت الأسلاك من مصادر طاقة الكمبيوتر القديمة لأنها ذات نوعية جيدة. يمكنك إما لحام الأسلاك مباشرة باللوحة أو استخدام الموصلات أو رؤوس الدبوس. لقد صنعت PSU على عجل لذلك لم أستخدم أي موصلات. لكن يوصى باستخدام الموصلات كلما وحيثما كان ذلك ممكنًا ، لجعل كل شيء معياريًا وسهل التجميع والتفكيك.

لقد واجهت بعض المشاكل الغريبة إلى حد ما أثناء الأسلاك والاختبار الأولي. الأول هو عدم استقرار الناتج. نظرًا لأننا نستخدم عناصر تمرير PNP ، فإن الإخراج سيتأرجح مما يؤدي إلى تقليل جهد التيار المستمر الفعال على جهاز القياس. اضطررت إلى توصيل المكثفات الإلكتروليتية عالية القيمة لتصحيح هذه المشكلة. كانت المشكلة التالية هي الاختلاف في جهد الخرج في اللوحة وفي موصلات الإخراج! ما زلت لا أعرف ما هي المشكلة بالضبط ، لكنني قمت بحلها عن طريق لحام بعض المقاومات عالية القيمة ، 1K ، 4.7K إلخ ، في أطراف الإخراج مباشرة. لقد استخدمت قيمة المقاوم 2K (1K + 1K) لبرمجة مخرجات Aux 12V ومخرجات 12V الرئيسية.

نحتاج فقط إلى مقياس الجهد DSN-DVM-368 للإخراج المتغير حيث يتم إصلاح جميع المخرجات الأخرى. أولاً ، عليك فصل (هام!) العبور (الطائر 1) كما هو موضح في الشكل ثم استخدم الأسلاك الثلاثة كما في التخطيطي. يحتوي الفولتميتر بالفعل على منظم 5V بالداخل. إن إطعام 12 فولت مباشرة إليه سيؤدي إلى تسخين غير مرغوب فيه. لذلك نستخدم منظم 7809 ، 9 فولت بين مدخل AUX 12V ومدخل Vcc لمقياس الفولتميتر. اضطررت إلى جعل 7809 مكونًا "عائمًا" حيث تمت إضافته بعد أن قمت بلحام اللوحة.

الخطوة 9: الاختبار

قم بتوصيل SMPS بمعدل جهد يتراوح بين 15-35 فولت والتيار بحد أدنى 2 أمبير ، لإدخال اللوحة من خلال مقبس أسطواني تيار مستمر. لقد استخدمت 36V 2A SMPS مع الحماية من التيار الزائد (إيقاف التشغيل) المضمنة. انظر أعلاه جدول القياسات من اختبار الحمل.

تنظيم الحمل هنا ليس جيدًا نظرًا لحد من طاقة الإخراج لـ SMPS الذي أستخدمه. سيحد من التيار والإغلاق في التيارات العالية. لذلك لم أتمكن من إجراء اختبارات زيادة التيار. حتى 14 فولت ، بدا تنظيم الحمل جيدًا. ولكن فوق 15 فولت مجموعة الجهد (# 8 ، # 9 ، # 10) ، عندما أقوم بتوصيل الحمل ، سينخفض جهد الخرج إلى حوالي 15 فولت مع تيار ثابت يبلغ 3.24 أمبير. عند # 10 ، يكون الجهد المحمّل نصف الجهد المحدد عند تيار 3.24A! لذلك يبدو أن SMPS الخاص بي لم يكن يوفر تيارًا كافيًا للحفاظ على الجهد عند ما تم ضبطه. كانت الطاقة القصوى التي تمكنت من الحصول عليها في المرتبة 11 ، وهي 58 واط. لذلك ، طالما أنك تحافظ على تيار الخرج منخفضًا ، فإن جهد الخرج سيبقى في مكانه المفترض. راقب دائمًا الجهد والتيار ودرجة حرارة غرفة التبريد حيث سيتم تبديد قدر كبير من الطاقة هناك.

الخطوة 10: التشطيب

بمجرد الانتهاء من الاختبارات ، قم بتجميع كل شيء وقم بتسمية اللوحة الأمامية بالطريقة التي تريدها. لقد رسمت اللوحة الأمامية بالطلاء الفضي واستخدمت علامة دائمة لتسمية الأشياء (ليست طريقة لطيفة للقيام بها). أضع ملصق DIY حصلت عليه مع أول Arduino ، في المقدمة.

الخطوة 11: إيجابيات وسلبيات

هناك العديد من المزايا والعيوب مع تصميم مزود الطاقة هذا. من الجدير دائمًا دراستها.

مزايا

• سهل التصميم والبناء والتعديل لأنه مزود طاقة منظم خطي.
• تموجات أقل غير مرغوب فيها عند الإخراج مقارنة بوحدات SMPS العادية.
• ينتج تداخل EM / RF أقل.

سلبيات

• كفاءة رديئة - يتم إهدار معظم الطاقة كحرارة في المبددات الحرارية.
• تنظيم ضعيف للحمل مقارنة بتصميم مزود الطاقة SMPS.
• كبير الحجم مقارنة مع SMPSs قوة مماثلة.
• لا يوجد قياس حالي أو محدد.

الخطوة 12: استكشاف الأخطاء وإصلاحها

يعد جهاز القياس الرقمي المتعدد أفضل أداة لاستكشاف مشكلات مصدر الطاقة وإصلاحها. تحقق من جميع المنظمين قبل اللحام باستخدام اللوح. إذا كان لديك DMMs ، فمن الممكن قياس التيار والجهد في وقت واحد.

1. إذا لم يكن هناك طاقة عند الخرج ، فتحقق من الفولتية من دبوس الإدخال ، عند دبابيس إدخال المنظم وتحقق جيدًا من صحة توصيلات PCB.
2. إذا وجدت أن الإخراج يتأرجح ، أضف مكثفًا إلكتروليتيًا بقيمة لا تقل عن 47 فائق التوهج بالقرب من أطراف الخرج. يمكنك لحامها مباشرة في محطات الإخراج.
3. لا تقصر النواتج أو توصل حمل مقاومة منخفض في المخرجات. قد يتسبب ذلك في فشل المنظمين حيث لا يوجد حد حالي في تصميمنا. استخدم فيوز قيمة مناسبة عند الإدخال الرئيسي.

الخطوة 13: التحسينات

هذا هو مصدر طاقة خطي أساسي. لذلك هناك الكثير الذي يمكنك تحسينه. لقد بنيت هذا على عجل لأنني كنت بحاجة إلى نوع من إمدادات الطاقة المتغيرة بشدة. بمساعدة هذا ، يمكنني بناء "مصدر طاقة رقمي دقيق" أفضل في المستقبل. الآن إليك بعض الطرق التي يمكنك من خلالها تحسين التصميم الحالي ،

1. استخدمنا منظمات خطية مثل LM317 و LM2940 وما إلى ذلك. كما قلت من قبل ، فهذه غير فعالة ولا يمكن استخدامها لإعداد يعمل بالبطارية. إذن ما يمكنك فعله هو العثور على واحدة من وحدات باك DC-DC الرخيصة من أي متاجر عبر الإنترنت واستبدال المنظمين الخطيين بها. إنها أكثر كفاءة (> 90 ٪) ، ولديها تنظيم أفضل للحمل ، وقدرة أكثر حالية ، ومحددة للتيار ، وحماية ماس كهربائى وكل ذلك. LM2596 هي واحدة من هذا النوع. ستحتوي وحدات باك (التنحي) على مقياس جهد دقيق في الأعلى. يمكنك استبداله بـ "مقياس جهد متعدد الدورات" واستخدامه في اللوحة الأمامية بدلاً من القدور الخطية العادية. سوف يمنحك ذلك مزيدًا من التحكم في جهد الخرج.
2. لقد استخدمنا فقط الفولتميتر هنا ، لذلك نحن عمياء بشأن التيار الذي توفره PSU. تتوفر وحدات قياس "الجهد والتيار" رخيصة الثمن. شراء واحدة وإضافة إلى الناتج ، قد يكون واحدًا لكل ناتج.
3. لا توجد ميزة مقيدة حالية في تصميمنا. لذا حاول تحسينه عن طريق إضافة وظيفة الحد الحالية.
4. إذا كانت مروحة غرفة التبريد تصدر ضوضاء ، فحاول إضافة وحدة تحكم حساسة لدرجة الحرارة قد تكون مزودة بميزة التحكم في السرعة.
5. يمكن إضافة وظيفة شحن البطارية بسهولة.
6. مخرجات منفصلة لاختبار LED.

الجائزة الأولى في مسابقة امدادات الطاقة