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[工仪] 精致复古!做个简约而不简单的恒流恒压可调线性电源(附下载)

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发表于 2020-4-24 14:34:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 hbozyq 于 2020-4-24 14:51 编辑

在家闲着无聊做点东西玩 于是整出这么个玩意 18v4a的线性电源
可能有人会问 你折腾了这么久开关电源怎么又玩回头了?
我要说的是开关电源和线性电源并不是替代的关系而是互补的关系
开关电源主攻廉价高效,而线性电源则是精密稳定的代名词
君不见高端数控电源像大华普源安捷伦之流都是环牛+大管的结构?
开关电源调整以开关周期为单位,调整有一拍滞后,此外输入输出必然有很大的开关频率的噪声,这都是不可避免的缺陷
而线性电源只要器件跑的动,环路频率可以做很高,噪声也很小
所谓线性电源原理从名字就可一窥一二,其功率管工作在线性区,起电流放大作用,作为可调电阻与负载串联分压来达到稳压的目的(大功率并联稳压巨少见)

回到正题, 这次的设计以简洁易装,实用性高,稳定性好,选材朴实为主要目的,只使用一个直流电源,并且要求有恒流恒压功能。于是先虚拟设计一下,通过仿真验证可行性
TIM截图20200424003705.jpg
省略了一些外围电路的核心原理图如此,用的是最简单可靠的运放+基准+NPN三极管三大件,实现闭环稳压。略为值得一提的是采用了不同电位的两只基准,简化了检流电路设计,在保证检流检压互不影响的前提下少用昂贵元器件,缺点是输入输出不能共地,否则不能正常限流。


仿真没有大问题就直接画板子打样了
TIM截图20200424141202.jpg
功率管用TIP142,主要看中这玩意是复合管,放大倍数超过500,可以直接用运放推,并且功率余量也足够。运放用的是安森美的NCS20072,2.7v/us,Rail-to-Rai输出,精度速度什么的全面超越358,价格嘛…够买10个358了。基准电压用的是50ppm的tl431,输出稳定主要靠它。检流电阻也是50ppm的,3W合金贴片电阻,留足余量。运放、R6、R7、R10、R1、电位器、TL431这几个元件直接影响电流和电压的热稳定性。有钱任性的话可以上20ppm的精密电阻。
输出电流和电压计算公式原理图都有,可以根据手上有的电位器来计算阻值,原理图默认输出27.5V,3.4A,但是这个乘积也就是功率不超过50w为宜,因为大了功率管顶不住,除非加输入分档切换。
画成pcb就这么个玩意 尺寸不到50x50 可以说是小巧玲珑

1.jpg TIM截图20200424001304.jpg
Pcb上功率管右边那两个焊盘是用来接指针电流表的,这个位置在电压反馈采样之前,因此电流表内阻不会影响输出电压。
立创eda上默认关闭元器件编号,如下操作打开,点小眼睛的位置可以开关,就可以对着焊元器件了

TIM截图20200424011212.jpg
鼠标放在元器件上就能高亮显示编号
TIM截图20200424011255.jpg


焊接其实没啥好说的,先焊基准和检流电阻,看看输出是不是2.5v,再继续焊其他的。正确焊接的话,无需调试,焊完就能用。
大管和运放 来自立创商城 说句题外话 立创商城有一个好 买的东西都有规格书 至少有迹可循 淘宝买元器件那真是碰大运 什么都不包的
IMG_20200423_143522.jpg
假负载电阻和精密检流电阻
IMG_20200423_144335_1.jpg
duang的一声就焊完了 成品如图 功率管最好直接固定在散热器上,不要加硅胶垫或者云母片 因为发热巨大需要尽量减少热阻
IMG_20200423_235559.jpg
元器件就那么几个
IMG_20200423_235636.jpg
背面有接线标识
IMG_20200423_235654.jpg
下面是一些实拍测试图
允许短路调流
IMG_20200423_235948.jpg
最低电压从0起调
IMG_20200424_000150.jpg
最高电压计算值和实测值一致,18v,这个可以自由更改 改一下反馈分压就要多少有多少
输入20v时可以正常稳压到18v
IMG_20200424_000221.jpg
空载输入19v输出17.72v,得益于Rail-to-Rai输出的运放,可以减少最小压差到1.28v,带载的时候还会大点 但是也差不多1.5v以内
IMG_20200424_000231.jpg
带点负载看看纹波
找了个传家宝网件变压器来当前级 15vac加了个整流滤波变成脉动直流
IMG_20200424_142514.jpg
负载是10欧水泥电阻,输出1a电流
输入端可以看到明显的100hz工频电压波动
vpp达到1.11v
TIM截图20200423235231.jpg
输出端则是静如深海 vpp13.2mv,有效值几个mv
PSRR较高
比起开关电源动辄上百mv的纹波来说可以说非常优秀
TIM截图20200423235338.jpg

热稳定性测试:
拿热风枪调到150度对着板子吹
发现对温度最敏感的是基准位置
吹分压电路和检流电阻和运放变化都比吹基准小
加热1分钟恒流输出值从1.017A升高到1.024A,变化7mA,Δt目测大于70度,一般使用绝对没有这么高
加热1分钟恒压输出值从10.96V升高到11.02V,变化6mV
热稳定性还能算不错吧


最后附上资料下载 包括multisim14仿真文件和2x2拼版的gerber文件
在线浏览可以到我的立创eda工程页面:https://lceda.cn/hbozyq/gao-xing-jia-bi-heng-liu-heng-ya
喜欢的话可以留言点赞收藏三连
线性稳压电源.7z (473.63 KB, 下载次数: 14, 售价: 1 M币)
IMG_20200423_235936.jpg

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发表于 2020-4-24 14:48:00 | 显示全部楼层
高手            帮顶了
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 楼主| 发表于 2020-4-24 14:51:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 hbozyq 于 2020-4-26 08:48 编辑

2020年4月26日更新:突然发现原理图有几个电容电阻标注不对的,已经更新了,请以lceda上的为准
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发表于 2020-4-24 17:07:41 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
谢谢分享,这就去工程页面点赞收藏
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发表于 2020-4-24 18:19:22 | 显示全部楼层
真迷你 学习了
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发表于 2020-4-24 19:53:40 | 显示全部楼层
有线性电源简单点电路吗?12v5Ade
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发表于 2020-4-24 19:59:44 | 显示全部楼层
板子看起来专业
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发表于 2020-4-24 20:19:31 | 显示全部楼层
以前我做运放稳压和恒流一直画蛇添足用了直流负反馈导致调节线性很差,输出越大反馈越严重,原来运放在这里是只用交流负反馈,这个得有机会再好好调下家里的运放电路.
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发表于 2020-4-24 23:03:22 | 显示全部楼层
小巧精致,简洁实用,专业级作品,如果能推出套件就好了。虽然设计的电路不算复杂,但个人想要购齐质量过关的所有基础元件还是不好办的。
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发表于 2020-4-25 13:00:19 | 显示全部楼层
运放和原理图上不一样啊,图上是MC33172DT,文字说的NCS20072
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 楼主| 发表于 2020-4-25 17:30:00 | 显示全部楼层
eee987 发表于 2020-4-25 13:00
运放和原理图上不一样啊,图上是MC33172DT,文字说的NCS20072

那并不是问题...
这两个运放PIN2PIN兼容,实际上几乎所有的sop8双运放引脚定义都是这样的
你喜欢用什么运放都行 358也行
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 楼主| 发表于 2020-4-25 17:30:44 | 显示全部楼层
jack017 发表于 2020-4-24 23:03
小巧精致,简洁实用,专业级作品,如果能推出套件就好了。虽然设计的电路不算复杂,但个人想要购齐质量过关 ...

喜欢的话可以私信 还有多几套元器件
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 楼主| 发表于 2020-4-25 17:32:00 | 显示全部楼层
603599910 发表于 2020-4-24 20:19
以前我做运放稳压和恒流一直画蛇添足用了直流负反馈导致调节线性很差,输出越大反馈越严重,原来运放在这里是 ...

直流负反馈必须有 不然稳什么压?
主要问题是要衰减高频放大倍数防止不稳定和自激振荡
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发表于 2020-4-25 20:03:47 | 显示全部楼层
hbozyq 发表于 2020-4-25 17:30
那并不是问题...
这两个运放PIN2PIN兼容,实际上几乎所有的sop8双运放引脚定义都是这样的
你喜欢用什么运 ...

好的,谢谢
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发表于 2020-4-25 20:44:14 | 显示全部楼层
hbozyq 发表于 2020-4-25 17:32
直流负反馈必须有 不然稳什么压?
主要问题是要衰减高频放大倍数防止不稳定和自激振荡 ...

我说的是运放放大电路的直流负反馈不是稳压环路,这是俩概念.
运放放大电路用了直流负反馈那输出级的直流电位将影响取样电路只直流电位,那大环路的直流取样分压势必不会准确.
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发表于 2020-4-25 23:53:34 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
立创一键下单真不错,所有原件一点搞定哈哈
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发表于 2020-4-27 10:24:19 | 显示全部楼层
感谢楼主无私分享!
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发表于 2020-4-27 10:40:54 | 显示全部楼层
这个硬核了,果断收藏,感谢楼主
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发表于 2020-4-27 16:34:42 | 显示全部楼层
没M币都回复不了~
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发表于 2020-4-27 17:13:01 | 显示全部楼层
大佬你好,我手头有一块非常好的24v5a电源,想利用你这个模块改成可调电源,如果给它上CPU风冷散热器的话,电流能跑5A吗,器件上需要做哪些调,希望不吝赐教整。我是机械行业的电子爱好者,如果你哪天想做外壳,我可以帮你设计
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