Catu Daya Benchtop Variabel DIY Berbasis LM317: 13 Langkah (dengan Gambar)

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2025-01-13 06:57

Sebuah power supply tidak diragukan lagi merupakan peralatan yang mutlak diperlukan untuk setiap laboratorium elektronik atau siapa saja yang ingin melakukan proyek elektronik, terutama power supply variabel. Dalam tutorial ini saya akan menunjukkan kepada Anda bagaimana saya membangun LM317 linear positif regulator berbasis variabel 1.2-30V (1.2V untuk input tegangan-2.7V sebenarnya) power supply.

Ini adalah fitur yang saya ingin PSU saya miliki.

• Satu keluaran variabel dengan arus minimum 2 A.
• Memperbaiki output 12 V dengan 2A.
• Memperbaiki output 5 V dengan 2 A.
• Memperbaiki output 3,3 V dengan 1A.
• Dua port USB untuk mengisi daya ponsel pada 1A.

Catu daya tidak menggunakan transformator apa pun, melainkan mengurangi tegangan input konstan dalam kisaran 15-35V ke banyak tegangan berbeda pada output. Jadi Anda dapat memberi daya pada unit ini oleh SMPS mana pun dengan tegangan pengenal 15-35V dan arus 2-5A ATAU catu transformator dengan spesifikasi yang sama.

Langkah 1: Bersiaplah

1. Buka https://www.autodesk.com/products/eagle/free-download dan unduh perangkat lunak penangkap skematik Eagle untuk sistem operasi Anda.
2. Buka https://www.sketchup.com/download dan unduh versi terbaru SketchUp dan instal.
3. Temukan SMPS yang bagus dengan peringkat tegangan antara 15-36V ATAU buat catu daya berbasis transformator dengan tegangan output DC 15-36V.

Langkah 2: Skema

Skema akan memberi Anda wawasan tentang rencana saya. Tapi itu tidak dirancang untuk menghasilkan file PCB seperti yang biasanya saya lakukan untuk desain satu kali saya. Jadi saya tidak peduli dengan paket komponen. Anda harus memilih paket yang tepat jika Anda ingin membuat tata letak PCB. Ada tiga transistor lulus LM317 dan tiga TIP2955 PNP untuk masing-masing. Masing-masing LM317 tersebut akan mengurangi input 36V menjadi tegangan terprogram. U2 akan menghasilkan 12V konstan, U3 akan mengeluarkan tegangan variabel dan U1 akan menghasilkan 12V tambahan untuk regulator 5V dan 3.3 lainnya untuk mengurangi panas yang hilang oleh mereka.

LM317 dapat memberikan arus keluaran lebih dari 1.5A. Tetapi dalam kasus ini, dengan perbedaan tegangan input dan output yang besar, LM317 harus membuang kelebihan daya sebagai panas; begitu banyak panas. Jadi kami menggunakan elemen pass. Di sini saya telah menggunakan transistor daya TIP2955 sebagai elemen lulus di sisi positif. Anda bisa menggunakan TIP3055 atau 2N3055 sebagai elemen pass di sisi negatif atau sisi output. Tapi alasan saya memilih yang PNP adalah karena mereka tidak mengubah tegangan output seperti transistor NPN (output akan +0,7V lebih tinggi ketika NPN digunakan). Transistor PNP digunakan sebagai elemen lulus dalam regulator putus sekolah rendah dan putus sekolah sangat rendah. Tetapi mereka menunjukkan beberapa masalah stabilitas keluaran yang dapat dikurangi dengan menambahkan kapasitor pada keluaran.

Resistor 2W R5, R7 dan R9 akan menghasilkan tegangan yang cukup untuk membiaskan transistor yang lewat pada arus rendah. Output 12V tambahan terhubung ke input dari tiga regulator 5V 1A dropout ultra-rendah LM2940 yang dua digunakan untuk output USB dan yang lainnya untuk output panel depan. Salah satu output 5V terhubung ke regulator AMS1117 untuk output 3.3V. Jadi ini adalah rangkaian rangkaian regulator yang berbeda.

Output variabel diambil dari U3 seperti yang ditunjukkan pada skema. Saya menggunakan potensiometer 5K secara seri dengan pot 1K untuk memiliki penyesuaian tegangan output yang kasar dan halus. Modul voltmeter DSN DVM-368 (tutorial di situs web saya) terhubung ke output variabel untuk menampilkan tegangan di panel depan. Lihat bagian "Pengkabelan" untuk melihat modifikasi yang akan dilakukan pada modul voltmeter. Anda dapat menggunakan modul V atau A lainnya tanpa banyak modifikasi.

Unduh gambar skema-p.webp

Langkah 3: Model 3D SketchUp

Untuk merencanakan penempatan konektor, sakelar, dll dan untuk mendapatkan dimensi yang benar untuk memotong papan MDF, saluran aluminium, dll, saya pertama-tama merancang model 3D kotak PSU di SketchUp. Saya sudah memiliki semua komponen dengan saya. Jadi merancang model itu mudah. Saya menggunakan papan MDF dengan ketebalan 6 mm dan aluminium ekstrusi (sudut) ukuran 25 mm dan tebal 2 mm. Anda dapat mengunduh file model SketchUp menggunakan tautan di bawah ini.

File LM317 PSU SketchUp 2014: Download file dibawah ini. Anda bebas mengunduh, memodifikasi, dan mendistribusikan ulang materi ini.

Langkah 4: Kumpulkan Alat dan Suku Cadang

Ini adalah bahan, alat dan komponen yang dibutuhkan.

Untuk kotak PSU,

• Papan MDF dengan ketebalan 6 mm.
• Aluminium Angled Extrusions - ukuran 25 mm, tebal 2mm.
• Sekrup mesin 25 mm dengan slotted, kepala bulat dan mur dan ring yang kompatibel.
• Lembaran akrilik atau ABS dengan ketebalan 3-4 mm.
• Heatsink dan kipas CPU Aluminium lama.
• Kaki PVC ukuran 1,5 cm.
• Cat semprot hitam matte.
• primer MDF.

Untuk papan sirkuit,

• 3x TIP2955 (paket TO-247)
• Isolator mika untuk transistor TO-247
• 3x LM317T
• 3x LM2940
• 1x AMS1117-3.3
• 3x 2W, resistor 100 Ohm
• 10x 100 nF kapasitor keramik
• 6x 1N4007 dioda
• 470 uF, tutup elektrolit 40V
• 1x 6A4 dioda
• 3x 1K resistor
• 3x200 Ohm resistor
• 1x 3-4A sekering dan pemegang sekering
• 100 uF, tutup elektrolit 10V
• Potensiometer linier 1x 1K
• Potensiometer linier 1x 5K
• 2x tombol Potensiometer
• 2 pin terminal blok
• Heatsink untuk paket TO220
• Pasta pendingin
• 4x Sakelar Toggle / Tuas SPST
• Kabel dan kabel dari catu daya PC lama
• Tabung panas menyusut 3mm dan 5mm
• PCB matriks berlubang
• Header pin pria
• 2x reseptor tipe A USB wanita
• 4x Konektor speaker ATAU 8x tiang pengikat
• 1x sakelar rocker SPST / DPDT
• 4x 3mm/5mm LED
• 1x DSN-DVM-368 voltmeter
• 5x konektor barel DC perempuan (bisa disekrup)
• Kebuntuan plastik

Peralatan

• Pisau gergaji besi
• Mesin bor
• pemain hidung
• Berbagai jenis file
• Berbagai jenis kunci pas
• Pita pengukur
• Spidol CD permanen hitam
• Banyak jenis Philips dan driver sekrup berlubang (beli kit)
• Pisau dan bilah yang bisa ditarik
• Alat putar (tidak perlu jika Anda memiliki keterampilan)
• Kertas pasir ukuran grit 300 dan 400
• Nipper (untuk kabel tembaga)
• Multimeter
• Besi solder
• Kawat solder dan fluks
• penari telanjang kawat
• Pinset
• Dan alat apa pun yang dapat Anda temukan.
• Masker polusi/debu untuk melindungi dari cat.

Langkah 5: Membangun Papan Sirkuit

Potong perfboard sesuai kebutuhan Anda. Kemudian tempatkan dan solder komponen sesuai skema. Saya tidak membuat file PCB untuk etsa. Tetapi Anda dapat menggunakan file skema Eagle di bawah ini untuk membuat PCB sendiri. Jika tidak, gunakan kecerdikan Anda untuk merencanakan penempatan dan perutean dan menyolder semuanya dengan baik. Cuci PCB dengan larutan IPA (Isopropyl Alcohol) untuk membersihkan sisa solder.

Langkah 6: Membangun Kotak

Semua dimensi papan MDF, saluran aluminium yang akan dipotong, dimensi lubang, penempatan lubang, dan semuanya ada dalam model SketchUp. Buka saja file di SketchUp. Saya telah mengelompokkan bagian bersama-sama, sehingga Anda dapat dengan mudah menyembunyikan bagian dari model dan menggunakan alat Ukur untuk mengukur dimensi. Semua dimensi dalam mm atau cm. Gunakan bit 5mm untuk mengebor lubang. Selalu periksa keselarasan lubang dan bagian lain untuk memastikan semuanya akan dengan mudah cocok satu sama lain. Gunakan kertas amplas untuk menghaluskan permukaan saluran MDF dan Aluminium.

Anda akan mendapatkan ide tentang cara membuat kotak setelah Anda memeriksa model 3D. Anda dapat memodifikasinya sesuai kebutuhan Anda. Ini adalah tempat di mana Anda dapat menggunakan kreativitas dan imajinasi Anda secara maksimal.

Untuk panel depan, gunakan lembaran akrilik atau ABS dan buat lubang di dalamnya menggunakan pemotong laser jika Anda bisa mengaksesnya. Tapi sayangnya saya tidak memiliki mesin laser dan menemukannya akan menjadi tugas yang membosankan. Jadi saya memutuskan untuk tetap menggunakan pendekatan tradisional. Saya menemukan bingkai dan kotak plastik dari lemari es tua dari toko barang bekas. Sebenarnya saya membelinya dengan harga yang tidak masuk akal. Salah satu bingkai itu cukup tebal dan rata untuk digunakan sebagai panel depan; itu tidak terlalu tebal atau terlalu tipis. Saya memotongnya dengan ukuran yang benar dan mengebor dan memotong lubang di dalamnya, untuk mengakomodasi semua sakelar dan konektor keluaran. Gergaji besi dan mesin bor adalah alat utama saya.

Karena desain kotak yang spesifik, Anda mungkin menghadapi masalah saat memasang panel depan ke bagian kotak lainnya. Saya merekatkan potongan plastik plastik ABS di belakang sudut yang menghadap ke depan dan memasangnya secara langsung tanpa perlu mur. Anda perlu melakukan sesuatu seperti ini atau sesuatu yang lebih baik.

Untuk heatsink, saya menggunakan salah satu dari pendingin CPU lama. Saya mengebor lubang di dalamnya dan memasang ketiga transistor lulus dengan isolator mika (INI PENTING!) Di antara mereka untuk isolasi listrik. Menyadari heatsink saja tidak akan bekerja, saya kemudian menambahkan kipas pendingin dari luar heatsink dan menghubungkannya ke 12V tambahan.

Langkah 7: Melukis Kotak

Pertama Anda harus mengampelas MDF dengan amplas ukuran grit 300 atau 400. Kemudian oleskan lapisan primer kayu atau primer MDF yang tipis dan seragam. Oleskan lapisan lain setelah lapisan pertama cukup kering. Ulangi ini sesuai kebutuhan Anda dan biarkan mengering selama 1 atau 2 hari. Anda harus mengampelas lapisan primer sebelum Anda bisa menyemprotkan cat. Lukisan mudah menggunakan kaleng cat terkompresi.

Langkah 8: Pengkabelan

Perbaiki papan yang Anda solder di tengah lembaran bawah dan kencangkan menggunakan sekrup mesin kecil dan standoff di antara mereka. Saya menggunakan kabel dari catu daya komputer lama karena kualitasnya bagus. Anda dapat menyolder kabel langsung ke papan atau menggunakan konektor atau pin header. Saya membuat PSU terburu-buru jadi saya tidak menggunakan konektor apa pun. Tetapi disarankan untuk menggunakan konektor kapanpun dan dimanapun memungkinkan, untuk membuat semuanya modular dan mudah untuk dirakit dan dibongkar.

Saya telah menemukan beberapa masalah yang agak aneh saat memasang kabel dan pengujian awal. Yang pertama adalah ketidakstabilan output. Karena kami menggunakan elemen pass PNP, output akan berosilasi memberikan tegangan DC efektif yang berkurang pada meteran. Saya harus menghubungkan kapasitor elektrolitik bernilai tinggi untuk memperbaiki masalah ini. Masalah berikutnya adalah perbedaan tegangan output di papan dan di konektor output! Saya masih tidak tahu apa sebenarnya masalahnya, tetapi saya menyelesaikannya dengan menyolder beberapa resistor bernilai tinggi, 1K, 4.7K dll, di terminal output secara langsung. Saya menggunakan nilai resistor 2K (1K+1K) untuk memprogram output Aux 12V dan 12V utama.

Kami hanya membutuhkan voltmeter DSN-DVM-368 untuk output variabel karena semua output lainnya sudah diperbaiki. Pertama Anda harus memutuskan (PENTING!) jumper (Jumper 1) seperti yang ditunjukkan pada gambar kemudian menggunakan tiga kabel seperti pada skema. Voltmeter sudah memiliki regulator 5V di dalamnya. Memberi makan 12V langsung ke sana akan menyebabkan pemanasan yang tidak diinginkan. Jadi kami menggunakan regulator 7809, 9V antara AUX 12V dan input Vcc voltmeter. Saya harus menjadikan 7809 sebagai komponen "mengambang" seperti yang ditambahkan setelah saya menyolder papan.

Langkah 9: Pengujian

Hubungkan SMPS dengan peringkat tegangan antara 15-35V dan arus minimal 2A, ke input papan melalui jack barel DC. Saya menggunakan 36V 2A SMPS dengan proteksi arus berlebih (shutdown) built-in. Lihat di atas tabel pengukuran dari uji beban.

Pengaturan beban di sini tidak begitu baik karena keterbatasan daya keluaran dari SMPS yang saya gunakan. Ini akan membatasi arus dan shutdown pada arus tinggi. Jadi saya tidak bisa melakukan tes arus lonjakan. Hingga 14V, pengaturan beban tampak bagus. Tapi di atas set tegangan 15V (#8, #9, #10), ketika saya menghubungkan beban, tegangan output akan berkurang menjadi sekitar 15V dengan arus konstan 3,24A. Pada # 10, tegangan yang dimuat adalah setengah dari tegangan yang disetel pada arus 3,24A! Jadi sepertinya SMPS saya tidak menyediakan arus yang cukup untuk menjaga tegangan pada apa yang diatur. Daya maksimum yang bisa saya dapatkan adalah pada #11, dari 58W. Jadi, selama Anda menjaga arus keluaran tetap rendah, tegangan keluaran akan tetap di tempat yang seharusnya. Selalu perhatikan tegangan, arus, dan suhu heatsink karena sejumlah besar daya akan hilang di sana.

Langkah 10: Menyelesaikan

Setelah Anda menyelesaikan tes, rakit semuanya dan beri label panel depan sesuai keinginan Anda. Saya mengecat panel depan dengan cat perak dan menggunakan spidol permanen untuk memberi label (bukan cara yang bagus untuk melakukannya). Saya meletakkan stiker DIY yang saya dapatkan dengan Arduino pertama saya, di bagian depan.

Langkah 11: Pro dan Kontra

Ada banyak keuntungan dan juga kerugian dengan desain catu daya ini. Itu selalu layak untuk dipelajari.

Keuntungan

• Mudah dirancang, dibuat, dan dimodifikasi karena merupakan catu daya yang diatur secara linier.
• Lebih sedikit riak yang tidak diinginkan pada output dibandingkan dengan unit SMPS biasa.
• Lebih sedikit gangguan EM/RF yang dihasilkan.

Kekurangan

• Efisiensi buruk - sebagian besar daya terbuang sebagai panas di heatsink.
• Regulasi beban yang buruk dibandingkan dengan desain catu daya SMPS.
• Ukurannya besar dibandingkan dengan SMPS daya serupa.
• Tidak ada pengukuran atau pembatasan arus.

Langkah 12: Pemecahan Masalah

Multimeter digital adalah alat terbaik untuk memecahkan masalah catu daya. Periksa semua regulator sebelum menyolder menggunakan papan tempat memotong roti. Jika Anda memiliki dua DMM, maka dimungkinkan untuk mengukur arus dan tegangan secara bersamaan.

1. Jika tidak ada daya pada output, periksa tegangan dari pin input, pada pin input regulator dan periksa kembali apakah koneksi PCB sudah benar.
2. Jika Anda menemukan output berosilasi, tambahkan kapasitor elektrolitik dengan nilai tidak kurang dari 47uF di dekat terminal output. Anda dapat menyoldernya langsung ke terminal keluaran.
3. Jangan menyingkat output atau menghubungkan beban impedansi rendah pada output. Ini dapat menyebabkan regulator gagal karena tidak ada batasan arus dalam desain kami. Gunakan sekering nilai yang sesuai pada input utama.

Langkah 13: Perbaikan

Ini adalah catu daya linier dasar. Jadi ada banyak hal yang bisa Anda tingkatkan. Saya membangun ini dengan tergesa-gesa karena saya sangat membutuhkan semacam catu daya variabel. Dengan bantuan ini, saya dapat membangun "Power Supply Digital Presisi" yang lebih baik di masa depan. Berikut adalah beberapa cara Anda dapat meningkatkan desain saat ini,

1. Kami menggunakan regulator linier seperti LM317, LM2940 dll. Seperti yang saya katakan sebelumnya, ini sangat tidak efisien dan tidak dapat digunakan untuk pengaturan bertenaga baterai. Jadi yang dapat Anda lakukan adalah, temukan salah satu modul DC-DC murah dari toko online mana pun dan ganti regulator linier dengan mereka. Mereka lebih efisien (>90%), memiliki pengaturan beban yang lebih baik, kemampuan arus yang lebih besar, pembatasan arus, perlindungan hubung singkat, dan semuanya. LM2596 adalah salah satunya. Modul buck (step down) akan memiliki potensiometer presisi di atasnya. Anda dapat menggantinya dengan "potensiometer multi-putaran" dan menggunakannya di panel depan alih-alih pot linier normal. Itu akan memberi Anda lebih banyak kontrol atas tegangan output.
2. Kami hanya menggunakan voltmeter di sini, jadi kami buta tentang arus yang disuplai PSU kami. Tersedia modul pengukuran "Tegangan dan Arus" yang murah. Beli satu dan tambahkan ke output, mungkin satu untuk setiap output.
3. Tidak ada fitur pembatas saat ini dalam desain kami. Jadi coba perbaiki dengan menambahkan fungsi pembatas arus.
4. Jika kipas heatsink Anda berisik, coba tambahkan pengontrol kipas yang peka suhu mungkin dengan kontrol kecepatan.
5. Fungsi pengisian baterai dapat dengan mudah ditambahkan.
6. Keluaran terpisah untuk pengujian LED.

Hadiah Pertama dalam Kontes Power Supply