Las fuentes de alimentación son uno de los temas más populares en la electrónica.Hay dos tipos principales de fuentes de alimentación reguladas: lineales y de conmutación. Ambos tipos de fuente de alimentación tienen algunas ventajas y desventajas. Sin embargo, las fuentes de alimentación lineales ofrecen mejores valores de regulación de línea y carga y son menos eficientes que las fuentes de alimentación conmutadas, pero el ruido del proceso en la salida es bajo, especialmente cuando la fuente de alimentación es ajustable y la salida está cargada. Este artículo/video presentó una fuente de alimentación lineal ajustable de 30 V/4 A que proporciona regulación de voltaje constante y corriente constante. La fuente de alimentación tiene un ruido de salida bajo, medido con la función de análisis de potencia del osciloscopio Siglent SDS2102X Plus. Todos los paquetes de componentes tienen un orificio pasante, por lo que no se requieren herramientas especiales para soldar. ¡Empecemos!
especificación
- Voltaje de entrada (máximo): 35 V (30 V máx. probado)
- Voltaje de salida (mínimo): 1,28 V
- Tensión de salida (máxima probada): 27,35 V (28,9 Vdesin carga, 25°C]
- Corriente de salida: 1,1 mA a 4 A (máximo continuo)
- Ruido de salida (sin carga): 6-7mVpp
- Ruido de salida (carga 1A): 6-7mVpp
- Ruido de salida (carga 2A): 8-10mVpp
análisis de circuitos
La figura 1 muestra un esquema del dispositivo. El diseño consta de dos partes principales: el circuito regulador principal y el circuito limitador de corriente.
FIGURA 1: ESQUEMAS DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN AJUSTABLE
P3 es el terminal de bloque de 4 pines en el KF128 que conecta los cables de entrada y salida al circuito. C4, C5 y C6 se utilizan para reducir el ruido de entrada. D1 y D2 son diodos de protección. Los diodos Schottky también se pueden usar en lugar de D1 y D2.
IC3 es el regulador lineal positivo LM338 5A.1 R3 proporciona la ruta de retroalimentación de salida al regulador y P2 es un potenciómetro de múltiples vueltas de 5K que se usa para ajustar el voltaje de salida. Se utiliza un condensador C7 para reducir el ruido. C9, C10 y C11 se utilizan para reducir el ruido de salida. Sin embargo, está conectado a otra referencia a tierra que es el pasador de drenaje de Q1.
Q1 es un MOSFET de canal N IRLZ44.2 Limite la corriente con la ayuda de IC1. La teoría detrás de cómo la combinación de IC1 y Q1 limita la corriente es un poco complicada y se explicará en un video futuro. IC1 es el famoso amplificador operacional en LM358.3 R2 es una resistencia de carga que consta de tres resistencias de 3,3R/10 W conectadas en paralelo, correspondientes a una resistencia de 30 W/1,1R.
C3 y R1 construyen un filtro RC que reduce el ruido proveniente de la resistencia de carga. C1 y C2 también se utilizan para reducir el ruido. IC2 es el regulador 78L09.cuatro Esto se utiliza para proporcionar un riel de alimentación estable para IC1. C8 se utiliza para reducir el ruido de salida de IC2. P1 es un potenciómetro de múltiples vueltas de 5K que se utiliza para establecer el límite de corriente. Finalmente, R4 es la resistencia de carga básica que consume unos pocos miliamperios de corriente para mantener estable la salida de la fuente de alimentación sin carga.
diseño de placa de circuito impreso
La Figura 2 muestra la última versión del diseño de PCB. Esta es una placa PCB de 2 capas y todos los paquetes de componentes tienen un orificio pasante. La soldadura es muy fácil para la mayoría de los usuarios. El espesor de la pista que lleva la alta corriente es de 4,5 mm. Para construir R2, se deben montar tres resistencias 3.3R/10-W una encima de la otra. Por lo tanto, R2 es una resistencia en paralelo de tres resistencias de 3,3 R/10 W, lo que equivale a una resistencia de 1,1 R/30 W.
FIGURA 2: ESQUEMA PCB DEL CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN AJUSTABLE (REVISIÓN FINAL)
Las bibliotecas de componentes para algunos componentes no estaban disponibles en el almacenamiento de la biblioteca de componentes. Como de costumbre, utilicé la biblioteca de componentes SamacSys e instalé las bibliotecas faltantes (símbolos esquemáticos, huellas de PCB, modelos 3D) en IC1.Cinco IC2,6 IC3,7 y Q1.8 Hay dos opciones para instalar y usar la biblioteca de componentes. Puede visitar componentsearchengine.com para descargar la biblioteca e importarla a su software CAD, o usar el complemento CAD de SamacSys (Figura 3). Casi todo el software CAD de diseño electrónico conocido es compatible.9 Como estaba usando Altium Designer, usé el complemento de Altium para instalar la biblioteca de componentes.Diez (Figura 4).
Figura 3: Todo el software CAD de diseño electrónico compatible con el complemento SamacSys
Figura 4: Bibliotecas de componentes seleccionadas en el complemento SamacSys Altium
La figura 5 muestra la placa PCB ensamblada. El PCB está fabricado por PCBWay con alta calidad. No tuve problemas para soldar los componentes en absoluto. La calidad del cobre PCB, la serigrafía y la máscara de soldadura es muy buena.
Figura 5: Placa PCB del circuito de alimentación ensamblada
prueba y medida
Mire el video para obtener más información sobre las pruebas de voltaje y corriente. Sin embargo, también he incluido aquí algunos resultados de pruebas para el ruido de salida. Estas pruebas se realizaron con un osciloscopio Siglent SDS2102X Plus.11 Este osciloscopio presenta una característica útil llamada “análisis de potencia” que permite al usuario realizar varias pruebas en la fuente de alimentación. Utilicé la función “Ondulación de salida” en la opción “Análisis de potencia”.
La figura 6 muestra el ruido de salida sin carga. La Figura 7 muestra el ruido de salida con una carga de 1A y la Figura 8 muestra el ruido de salida con una carga de 2A. Este circuito puede entregar hasta 4 A continuamente. Sin embargo, utilice un disipador de calor grande y una buena ventilación.
FIGURA 6: FIGURA DE RUIDO DE SALIDA DE UN SUMINISTRO SIN CARGA
FIGURA 7: RUIDO DE SALIDA DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN CON CARGA 1A
FIGURA 8: RUIDO DE SALIDA DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN CON CARGA 2A
lista de partes
La figura 9 muestra la lista de materiales. Se deben conectar dos potenciómetros de múltiples vueltas de 5K a la placa mediante dos conectores XH de 3 pines.
FIGURA 9: BOM PARA PROYECTO DE POTENCIA AJUSTABLE
Nota: Este es el primer prototipo. La última versión de la placa PCB (disponible) ha aumentado la distancia entre el condensador electrolítico y la resistencia de potencia, pero si eso sigue siendo un problema, utilice un condensador de 470uF-50V en lugar del condensador de 1000uf-50V de diámetro más pequeño.
artículo: https://www.pcbway.com/blog/technology/30V_4A_Adjustable_Power_Supply__CC_CV_.html
1Hoja de datos LM338: https://www.mouser.com/datasheet/2/405/lm338-440432.pdf
2Hoja de datos IRLZ44: https://www.vishay.com/docs/91328/sihlz44.pdf
3Hoja de datos LM358: https://www.mouser.com/datasheet/2/308/lm358-d-299970.pdf
cuatroHoja de datos 78L09: https://www.jameco.com/Jameco/Products/ProdDS/192225.pdf
CincoSímbolo esquemático LM358, huella de PCB, modelo 3D: https://componentsearchengine.com/part-view/LM358N%2FNOPB/Texas%20Instruments
6Símbolo esquemático 78L09, huella de PCB, modelo 3D: https://componentsearchengine.com/part-view/MC78L09ACPG/ON%20 Semiconductores
7Símbolo esquemático LM338, huella de PCB, modelo 3D: https://componentsearchengine.com/part-view/LM338T%2FNOPB/Texas%20Instruments
8Símbolo esquemático IRLZ44, huella de PCB, modelo 3D: https://componentsearchengine.com/part-view/IRLZ44NPBF/Infineon
9Complementos de software CAD de diseño electrónico: https://www.samacsys.com/library-loader-ayuda
DiezComplementos de Altium Designer: https://www.samacsys.com/altium-designer-library-instructions
11Osciloscopio Siglent SDS2102x Plus: https://www.siglenteu.com/osciloscopios-digitales/sds2000xp