电源设计 - 多个稳压器

电器工程 电源 电压调节器
2022-01-09 09:28:21

我正在尝试设计一个台式直流电源,用于为小型项目、面包板、arduino 等供电。这是我想要的列表:

  • 用于 24V、12V、9V、5V 和 3.3V 的固定电压轨
  • 编辑:当前要求:1A 就可以了,2A 我会很满意,并且从我正在使用的笔记本电脑电源砖(见下文)提供的接近完整 3A 的任何地方都会很棒。
  • 从 ~0V 到 ~​​24V 的可变电压轨
  • 可变轨上的脉宽调制
  • 可变导轨上的电压表面板
  • 开机指示灯 LED
  • 用于为 USB 设备充电的 USB 端口
  • (与此问题无关的其他内容,例如处理瞬态电压尖峰的可选方法,从使用 PWM 为电感负载供电,可调 PWM 频率范围等)

我将使用能够输出 3A 的 240V AC 至 24V DC 笔记本电脑电源砖。

为了产生所需的电压,我打算为每个电源轨使用一个线性稳压器,每个电源都从电源砖获得 24v 输入。我的预期设置概述如下所示。 电源设计

我将使用的 PWM 电路将由 12V 电源轨供电。USB 端口将脱离 5V 电压轨。电源指示灯 LED(未显示)很可能会脱离 3.3V 电源轨。

以下是我的问题:

  1. 我假设电压调节器应该是并联的,每个都采用完整的 24V 输入,即使其中一些(例如 24V 到 3.3V)的输入和输出之间会有很大差异。我考虑将它们串联起来,以便第一个稳压器的 12V 输出为 9V 稳压器供电,然后再为 5V 稳压器供电,依此类推,但上图中每个稳压器块的电路会分流一些电流,留下我对于较低的电压轨,只有极少的 3A 最大输入。它是否正确?我还假设如图所示的并联布置所需的更大的电压降低会比串联产生更多的热量,但是每个调节器都会有一个很好的胖散热器,整个东西将被封闭在至少有一个风扇或两个和大量的通风孔。
  2. 可变电压轨将通过电位器控制到可变电压调节器 (LM350)。我应该为我的固定电压轨使用不同的固定电压调节器,还是为每个使用一个 LM350,并使用固定电阻器或微调电位器设置它们的输出?
  3. 作为笔记本电脑电源砖,我已经在使用 24V 输出,我应该将其直接连接到我的 24V 导轨的输出端子,还是应该在其中放置一个稳压器?理想情况下,将 24v 调节到 24v 是没有意义的,但我不确定笔记本电脑电源砖的电压有多可靠。我什至不确定您是否可以完全从调节器中取出您放入的内容-在此过程中一定有一些电压下降。如有必要,是否有另一种方法可以确保恒定的 24v 输出?
  4. 不久前我在某个地方看到了一个教程,有人将电压表连接到电源上,但说明中提到使用 9v 电池和继电器为电压表供电,而不是直接从 PSU 内部获取电源。我应该这样做吗?我阅读的教程中没有给出任何理由。如上所述,我打算从 12V 电源轨获取电力。
  5. 是否缺少任何对电源设计至关重要的东西?有什么安全功能吗?LM350 的额定电流似乎为 3A,并具有内置的过流保护。我还将在每个导轨上添加保险丝。如果任何外部负载发生短路(例如接线不良的面包板等),这是否足够
2个回答

我同意其他人的观点,即切换器在效率方面是更好的选择,但如果您没有经验,处理它们可能会有些复杂,并且可能会出现许多不是立即明显的奇怪效果(预充电下沉、拍频等),这可能会使生活变得困难。假设您已经计算出功耗并知道每个轨道可以提供多少电流,如果线性对您有用,请坚持使用它们(至少在第一次通过时)。

如果您试图在可调轨上实现可变幅度方波输出,斩波可能会将噪声引入 24V 主轨,这可能会出现在其他轨上。您可能希望在 24V 主电源轨和稳压器输入之间有一个 LC 滤波器以提供高频隔离,并且如果您期望在可调稳压器输出(大容量电解电容和低阻抗陶瓷)上可能需要额外的电容方波边缘要锐利。

1, 5) 你的计划有一些危险。

线性稳压器的功耗为

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

这很重要,尤其是对于较低的输出轨。78xx 型稳压器在 125°C 左右具有内置热保护,并且(无散热)结到空气的热阻为 65°C/W。您的热管理将具有挑战性。

另一个潜在问题 - 如果您的任何低压稳压器中的串联传递元件发生故障或被旁路(短路),您将向输出提供完整的 24V 输入。这对低压逻辑可能是灾难性的。您应该使用SCR 撬棒保护您的低压轨,它可以吸收足够的电流以使 DC/DC 砖进入电流限制并破坏 24V 轨(它们也需要大散热器)。保险丝不太可能提供良好的保护,因为 24V 砖可能不够坚硬,无法产生熔断保险丝所需的 \$I^2 \cdot t\$。

2)无论什么漂浮你的船。

4)仪表不是巨大的负载。只需使用您的导轨之一。

3) 正确 - 所有调节器都有净空要求。如果您想要最大 24V 输出,则需要直接连接,并且必须依赖积木为您提供的任何内在保护。

您没有提到电流输出要求,但您遇到的最大问题是功耗,我敦促您考虑使用 12V、9V、5V 和 3V3 的开关稳压器,并在必要时使用它们产生 13V、10V、 6V 等,并具有低压差 (LDO) 线性稳压器,可将电压降到您需要的最终电压。

好处是设计上的散热显着降低,电流输出更高,尤其是在 3V3 和 5V 上。

1) 稳压器可以串联或并联,但如果串联使用线性稳压器,产生大部分热量的将是 12V 稳压器。如果使用切换器,那么如果它们可以在 24V+ 的输入下运行,那么并联可能会更好,但是如果您找到一个非常不错的 12V 切换器并从其输出中断开其他较低电压的切换器/LDO,那么这也可以工作。

2)我会使用切换器和线性 LDO(可选)

3)我会直接连接它

4)我不明白这一点,但我也不认为在输出上挂一个仪表是个问题。

5)如果必须在稳压器之前添加保险丝,但如果不是设备固有的,大多数稳压器很可能很容易添加过流保护。我可能很想从它自己的 5V reg 电路运行 USB。我也可能想提供一个-9V(或-12V 或-5V)的电压轨。

编辑- 我可能会在每个输出上放一个 LED