Design dell'alimentatore - Regolatori di tensione multipli

Sto cercando di progettare un alimentatore DC da banco per alimentare piccoli progetti, breadboard, arduino, ecc. Questo è un elenco di ciò che voglio da esso:

• Rotaie a tensione fissa per 24 V, 12 V, 9 V, 5 V e 3,3 V.
• Modifica: Requisiti attuali: 1A andrà bene, 2A sarò contento e ovunque vicino alla piena 3A in offerta dal power brick del laptop che sto usando (vedi sotto) sarà fantastico.
• Rail a tensione variabile da ~ 0 V a ~ 24 V.
• Modulazione della larghezza degli impulsi sulla guida variabile
• Pannello voltmetro sul binario variabile
• LED indicatore di accensione
• Porte USB per la ricarica di dispositivi USB
• (Altre cose non correlate a questa domanda come metodi selezionabili per gestire picchi di tensione transitori dall'uso del PWM per alimentare carichi induttivi, gamme di frequenza PWM regolabili, ecc.)

Userò un alimentatore portatile da 240 V CA a 24 V CC in grado di emettere 3 A.

Per produrre le tensioni desiderate, intendo utilizzare un regolatore di tensione lineare per ciascuna guida, ciascuna delle quali riceve 24 V di input dal power brick. Di seguito è mostrata una panoramica della mia configurazione prevista.

Il circuito PWM che userò sarà alimentato dalla guida 12V. Le porte USB usciranno dalla guida 5V. Il LED indicatore di accensione (non mostrato) molto probabilmente uscirà dalla guida da 3,3 V.

Ecco le mie domande:

1. Suppongo che i regolatori di tensione dovrebbero essere in parallelo, ciascuno prendendo l'intero ingresso a 24 V, anche se ci sarà una grande differenza tra ingresso e uscita per alcuni di essi (ad esempio da 24 V a 3,3 V). Ho pensato di metterli in serie in modo che l'uscita a 12 V del primo regolatore alimentasse il regolatore a 9 V che alimentasse il regolatore a 5 V e così via, ma i circuiti di ciascun blocco del regolatore nel mio diagramma sopra dividevano la corrente, lasciandomi con pochissimo dell'ingresso massimo di 3A per i binari di bassa tensione. È corretto? Suppongo anche che le maggiori riduzioni di tensione necessarie per la disposizione parallela come mostrato produrranno più calore rispetto alle serie, ma ogni regolatore avrà un bel dissipatore di calore grasso e il tutto sarà racchiuso in qualcosa con almeno un ventilatore o due e molti fori per la ventilazione.
2. La guida a tensione variabile verrà controllata con un potenziometro in un regolatore di tensione variabile (LM350). Dovrei usare diversi regolatori di tensione fissa per i miei binari di tensione fissa o utilizzare un LM350 per ciascuno e impostare le loro uscite con resistori fissi o potenziometri?
3. Dato che il power laptop è già in uso con uscite a 24 V, devo collegarlo direttamente a un terminale di uscita per la mia guida a 24 V o devo inserire anche un regolatore di tensione? Idealmente, non ci sarebbe alcun punto a regolare 24v a 24v, ma non sono sicuro di quanto sia affidabile la tensione di un alimentatore portatile. Non sono nemmeno sicuro che tu possa uscire da un regolatore esattamente ciò che hai inserito - ci deve essere una caduta di tensione lungo il percorso. Se necessario, esiste un altro modo per garantire un'uscita costante a 24 V?
4. Qualche tempo fa ho visto un tutorial in cui qualcuno ha collegato un voltmetro a un psu, ma le istruzioni menzionate usando una batteria da 9v e un relè per alimentare il voltmetro piuttosto che assorbire energia direttamente dall'interno dell'alimentatore. Dovrei farlo? Nel tutorial che ho letto non è stato indicato alcun motivo. Come accennato in precedenza, stavo per trarre energia dalla guida 12V.
5. Manca qualcosa che possa essere considerato essenziale per la progettazione di un alimentatore? Qualsiasi tipo di funzionalità di sicurezza? LM350 sembra essere classificato per 3A e ha una protezione da sovracorrente integrata. Aggiungerò anche micce per ogni binario. Sarà adeguato in caso di cortocircuito all'interno di qualsiasi carico esterno (ad es. Breadboard mal cablato, ecc.)

Concordo con gli altri sul fatto che i commutatori sono una scelta migliore in termini di efficienza, ma possono essere in qualche modo complicati da gestire se non si ha esperienza e possono esserci molti effetti strani che non sono immediatamente evidenti (precarico affondamento, frequenze di battimento , ecc.) che possono rendere la vita difficile. Supponendo di aver capito la tua dissipazione di potenza e di sapere quanta corrente può fornire ogni binario, se i lineari funzioneranno per te, restaci fedeli (almeno per il primo passaggio).

Se stai cercando di ottenere un'uscita ad onda quadra ad ampiezza variabile sulla tua guida regolabile, il taglio potrebbe introdurre rumore nella guida principale a 24 V, che potrebbe apparire sulle altre rotaie. Potresti voler avere un filtro LC tra la guida principale da 24 V e l'ingresso del regolatore per fornire l'isolamento ad alta frequenza e probabilmente avrai bisogno di una capacità aggiuntiva sull'uscita del regolatore regolabile (elettrolitico di massa e ceramica a bassa impedenza) se ti aspetti che il i bordi dell'onda quadra devono essere nitidi.

1, 5) Ci sono alcuni pericoli con il tuo schema.

La dissipazione di potenza nei regolatori lineari sarà

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

che è significativo, specialmente per le guide di uscita inferiori. I regolatori di tipo 78xx hanno una protezione termica integrata intorno a 125 ° C e (senza dissipatore di calore) una resistenza termica di giunzione aria di 65 ° C / W. La tua gestione termica sarà impegnativa.

$I^2 \cdot t$

2) Qualunque cosa galleggi la tua barca.

4) I tester non sono carichi enormi. Usa solo una delle tue rotaie.

3) Corretto - tutti i regolatori hanno requisiti di headroom. Se vuoi la massima uscita a 24 V, avrai bisogno di una connessione diretta e dovrai fare affidamento su qualsiasi protezione intrinseca fornita dal mattone.

Non hai menzionato gli attuali requisiti di uscita ma, il problema più grande che avrai è la dissipazione di energia e ti esorto a considerare l'utilizzo di regolatori di commutazione per 12V, 9V, 5V e 3V3 e, se necessario, usarli per generare 13V, 10V, 6V ecc. E dispongono di regolatori lineari a bassa caduta di tensione (LDO) per portare la caduta alla tensione finale necessaria.

I vantaggi sono una dissipazione del calore significativamente inferiore sul design e uscite di corrente più elevate, specialmente su 3V3 e 5V.

1) I regolatori possono essere in serie o in parallelo, ma sarà il regolatore a 12V che genera la maggior parte del calore se si utilizzano registri lineari in serie. Se si utilizzano switcher, a condizione che possano funzionare con un ingresso a 24 V +, il parallelo è probabilmente migliore MA se si trova uno switcher a 12 V davvero decente e si collegano gli altri switcher / LDO a bassa tensione dalla sua uscita, anche questo funzionerà.

2) Userei switcher e LDO lineare (opzionale)

3) Lo collegherei direttamente

4) Non capisco questo punto, MA non vedo come un problema appendere un metro sull'uscita.

5) Se necessario, aggiungere i fusibili davanti ai regolatori, ma è probabile che la maggior parte dei regolatori abbia una protezione da sovracorrente facilmente se non intrinseca al dispositivo. Potrei essere tentato di eseguire l'USB dal proprio circuito di reg. 5V. Potrei anche essere tentato di fornire anche una guida -9V (o -12V o -5V).

EDIT - Probabilmente metterei un LED su ogni uscita