전원 공급 장치 설계-다중 전압 조정기

작은 프로젝트, 브레드 보드, arduino 등에 전원을 공급하기 위해 벤치 탑 DC 전원 공급 장치를 설계하려고합니다. 이것은 내가 원하는 것의 목록입니다.

• 24V, 12V, 9V, 5V 및 3.3V 용 고정 전압 레일
• 편집 : 현재 요구 사항 : 1A는 괜찮을 것입니다 .2A 나는 기뻐할 것입니다. 사용중인 랩톱 파워 브릭에서 제공하는 3A에 가깝습니다 (아래 참조).
• ~ 0V ~ ~ 24V의 가변 전압 레일
• 가변 레일의 펄스 폭 변조
• 가변 레일의 전압계 패널
• 전원 표시기 LED
• USB 장치 충전을위한 USB 포트
• (이 문제와 관련이없는 다른 것들, 예를 들어 PWM 사용에서 유도 성 부하, 조정 가능한 PWM 주파수 범위에 이르기까지 일시적인 전압 스파이크를 처리하기위한 선택 가능한 방법)

3A를 출력 할 수있는 240V AC-24V DC 랩탑 파워 브릭을 사용하겠습니다.

원하는 전압을 생성하기 위해 파워 브릭에서 24v 입력을받는 각 레일에 선형 전압 레귤레이터를 사용하려고합니다. 의도 한 설정의 개요는 다음과 같습니다.

내가 사용할 PWM 회로는 12V 레일에서 전원이 공급됩니다. USB 포트가 5V 레일에서 분리됩니다. 전원 켜짐 표시기 LED (표시되지 않음)가 3.3V 레일에서 꺼질 가능성이 높습니다.

내 질문은 다음과 같습니다.

1. 전압 레귤레이터가 병렬로되어 있다고 가정하고 있는데, 각각 24V 입력을 모두 취해야하는데, 입력과 출력 사이에 큰 차이가 있더라도 (예 : 24V ~ 3.3V). 첫 번째 레귤레이터의 12V 출력이 5V 레귤레이터 등을 공급하는 9V 레귤레이터에 공급되도록 직렬로 배치하는 것에 대해 생각했지만 위의 다이어그램에서 각 레귤레이터 블록의 회로는 약간의 전류를 나눠서 저전압 레일을위한 3A 최대 입력이 거의 없습니다. 이 올바른지? 또한 그림과 같이 병렬 배열에 필요한 전압 감소가 직렬보다 더 많은 열을 생성하지만 각 레귤레이터에는 좋은 지방 히트 싱크가 있으며 모든 것이 적어도 팬이있는 무언가로 둘러싸여 있다고 가정합니다. 환기를위한 2 개 및 많은 구멍.
2. 가변 전압 레일은 전위차계를 사용하여 가변 전압 조정기 (LM350)로 제어됩니다. 고정 전압 레일에 서로 다른 고정 전압 조정기를 사용하거나 각각에 LM350을 사용하고 고정 저항 또는 트림 포트로 출력을 설정해야합니까?
3. 랩탑 파워 브릭으로 이미 24V 출력을 사용하고 있으므로 24V 레일의 출력 터미널에 직접 배선해야합니까, 아니면 전압 조정기를 넣어야합니까? 이상적으로는 24v ~ 24v를 조절하는 지점이 없지만 랩톱 파워 브릭에서 전압이 얼마나 안정적인지 잘 모르겠습니다. 나는 정확히 당신이 넣은 것을 조절기에서 벗어날 수 있다고 확신하지 못합니다. 필요한 경우 일정한 24V 출력을 보장 할 수있는 다른 방법이 있습니까?
4. 누군가 어딘가에 전압계를 psu에 연결 한 튜토리얼을 보았지만, 9v 배터리와 릴레이를 사용하여 전압계에 전력을 공급하는 대신 PSU의 내부에서 직접 전원을 끌어 오는 대신 자습서를 보았습니다. 내가해야합니까? 내가 읽은 튜토리얼에는 아무런 이유도 없었습니다. 위에서 언급했듯이 12V 레일에서 전원을 공급하려고했습니다.
5. 전원 공급 장치 설계에 필수적인 것으로 간주 할 수있는 것이 있습니까? 모든 안전 기능이 있습니까? LM350의 정격은 3A이며 과전류 보호 기능이 내장되어 있습니다. 또한 각 레일에 퓨즈를 추가 할 것입니다. 외부 부하 (예 : 배선이 잘못된 브레드 보드 등) 내에서 단락이 발생한 경우에 적합합니까

나는 스위처가 효율성 측면에서 더 나은 선택이지만 다른 사람들과 동의하지만 경험이 없으면 다루기가 다소 복잡 할 수 있으며 즉시 명백하지 않은 많은 이상한 효과가있을 수 있습니다 (예비 충전 싱크, 비트 주파수) 삶을 어렵게 만들 수 있습니다. 전력 소비량을 파악하고 각 레일이 얼마나 많은 전류를 공급할 수 있는지 알고 있다고 가정하면 선형이 작동한다면 적어도 첫 번째 패스에 충실하십시오.

조정 가능한 레일에서 가변 진폭 구형파 출력을 얻으려고 할 경우 쵸핑이 메인 24V 레일에 노이즈를 유발하여 다른 레일에 나타날 수 있습니다. 고주파 절연을 제공하기 위해 메인 24V 레일과 레귤레이터 입력 사이에 LC 필터를 사용할 수 있으며 조정 가능한 레귤레이터 출력 (대량 전해 및 저임피던스 세라믹)에 추가 커패시턴스가 필요할 수 있습니다. 구형파 가장자리가 날카 로워집니다.

1, 5) 당신의 계획에는 몇 가지 위험이 있습니다.

선형 레귤레이터의 전력 손실은

$(V_{out} - V_{in}) \cdot I_{out}$

이는 특히 저출력 레일에서 중요합니다. 78xx 타입 레귤레이터는 약 125 ° C의 열 보호 기능을 내장하고 있으며 열 싱크없이 접합-대기 열 저항은 65 ° C / W입니다. 열 관리가 어려울 것입니다.

또 다른 잠재적 인 문제-저전압 조정기의 직렬 패스 요소가 고장 나거나 바이 패스 (단락)되면 전체 24V 입력이 출력에 표시됩니다. 이것은 저전압 로직에 치명적일 수 있습니다. DC / DC 브릭을 전류 제한에 맞추고 24V 레일을 축소하기에 충분한 전류를 싱킹 할 수 있는 SCR 크로우 바로 저전압 레일을 보호 해야합니다 (큰 히트 싱크도 필요함). 퓨즈는 퓨즈를 차단하는 데 필요한 를 생성하기에 24V 브릭이 충분히 단단하지 않기 때문에 퓨즈가 잘 보호되지 않을 수 있습니다 .$I^2 \cdot t$

2) 보트를 떠 다니는 것.

4) 미터는 큰 부하가 아닙니다. 레일 중 하나만 사용하십시오.

3) 정확-모든 규제 기관에는 헤드 룸 요구 사항이 있습니다. 최대 24V 출력을 원한다면 직접 연결이 필요하며 브릭이 제공하는 본질적인 보호에 의존해야합니다.

현재의 출력 요구 사항에 대해서는 언급하지 않았지만 가장 큰 문제는 전력 손실이며 12V, 9V, 5V 및 3V3에 스위칭 레귤레이터를 사용하고 필요한 경우 13V, 10V, 6V 등으로, LDO (Low-Drop-Out) 선형 레귤레이터를 사용하여 필요한 최종 전압으로 강하합니다.

이점은 설계에서 열 손실이 현저히 낮아지고 특히 3V3 및 5V에서 더 높은 전류 출력이된다는 것입니다.

1) 레귤레이터는 직렬 또는 병렬 일 수 있지만 선형 레귤레이터를 직렬로 사용하는 경우 대부분의 열을 생성하는 12V 레귤레이터가됩니다. 스위처를 사용하여 24V +에서 입력으로 작동 할 수 있다면 병렬이 더 좋을 것입니다.하지만 실제로 12V 스위처를 찾고 출력에서 ​​다른 저전압 스위처 / LDO를 티 오프하면 이것이 작동합니다.

2) 스위처와 선형 LDO를 사용합니다 (선택 사항)

3) 직접 연결합니다

4) 나는이 지점을 이해하지 못하지만 출력에 미터를 매달아 서 문제로 보지도 않습니다.

5) 필요한 경우 레귤레이터 앞에 퓨즈를 추가하십시오. 그러나 대부분의 레귤레이터는 장치에 본질적이지 않은 경우 과전류 보호 기능을 쉽게 추가 할 수 있습니다. 자체 5V reg 회로에서 USB를 실행하고 싶을 수도 있습니다. 또한 -9V (또는 -12V 또는 -5V) 레일을 제공하고 싶을 수도 있습니다.

편집 -아마도 각 출력에 LED를 넣을 것입니다.