Desain Catu Daya - Beberapa Regulator Tegangan

Saya mencoba merancang catu daya DC benchtop untuk menyalakan proyek-proyek kecil, papan tempat memotong roti, Arduino, dll. Ini adalah daftar yang saya inginkan dari itu:

• Rel tegangan tetap untuk 24V, 12V, 9V, 5V & 3.3V
• Sunting: Persyaratan saat ini: 1A akan baik-baik saja, 2A saya akan senang dengan dan di mana saja dekat dengan 3A penuh yang ditawarkan dari laptop power brick yang saya gunakan (lihat di bawah) akan menjadi luar biasa.
• Rel tegangan variabel dari ~ 0V hingga ~ 24V
• Modulasi lebar pulsa pada rel variabel
• Panel voltmeter pada rel variabel
• Indikator daya menyala LED
• Port USB untuk mengisi daya perangkat USB
• (Hal-hal lain yang tidak terkait dengan pertanyaan ini seperti metode yang dapat dipilih untuk menangani lonjakan tegangan transien dari penggunaan PWM untuk memberi daya pada beban induktif, rentang frekuensi PWM yang dapat disesuaikan, dll.)

Saya akan menggunakan batu bata daya laptop 240V AC ke 24V DC yang mampu menghasilkan 3A.

Untuk menghasilkan tegangan yang diinginkan, saya bermaksud menggunakan pengatur tegangan linier untuk setiap rel, masing-masing mengambil input 24v dari batubata daya. Ikhtisar pengaturan yang saya maksudkan ditunjukkan di bawah ini.

Sirkuit PWM yang akan saya gunakan akan ditenagai dari rel 12V. Port USB akan keluar dari rel 5V. LED indikator daya hidup (tidak ditampilkan) kemungkinan besar akan keluar dari rel 3.3V.

Ini pertanyaan saya:

1. Saya berasumsi regulator tegangan harus paralel, masing-masing mengambil input 24V penuh, meskipun akan ada perbedaan besar antara input dan output untuk beberapa dari mereka (misalnya 24V ke 3.3V). Saya berpikir tentang menempatkan mereka dalam seri sehingga output 12V dari regulator pertama akan memberi makan regulator 9V yang akan memberi makan regulator 5V dan seterusnya, tetapi sirkuit dari masing-masing blok regulator dalam diagram saya di atas akan membagi beberapa arus, meninggalkan saya dengan sangat sedikit input 3A max untuk rel tegangan rendah. Apakah ini benar? Saya juga berasumsi bahwa pengurangan tegangan yang lebih besar diperlukan untuk pengaturan paralel seperti yang ditunjukkan akan menghasilkan lebih banyak panas daripada seri, tetapi masing-masing regulator akan memiliki heatsink lemak yang bagus dan semuanya akan tertutup dalam sesuatu dengan setidaknya kipas atau dua dan banyak lubang untuk ventilasi.
2. Rel tegangan variabel akan dikontrol dengan potensiometer ke dalam pengatur tegangan variabel (LM350). Haruskah saya menggunakan regulator tegangan tetap berbeda untuk rel tegangan tetap saya, atau menggunakan LM350 untuk masing-masing, dan mengatur output mereka dengan resistor tetap atau pot trim?
3. Sebagai laptop power brick, saya sudah menggunakan keluaran 24v, haruskah saya menghubungkannya langsung ke terminal keluaran untuk kereta 24V saya, atau haruskah saya juga meletakkan regulator tegangan di sana? Idealnya, tidak ada gunanya mengatur 24v ke 24v, tapi saya tidak yakin seberapa dapat diandalkan tegangan dari power brick laptop. Saya bahkan tidak yakin Anda bisa keluar dari regulator persis seperti yang Anda masukkan - pasti ada tegangan yang turun di sepanjang jalan. Jika perlu, apakah ada cara lain saya bisa memastikan output 24v yang konstan?
4. Saya melihat tutorial di suatu tempat beberapa waktu lalu di mana seseorang menghubungkan voltmeter ke psu, tetapi instruksi yang disebutkan menggunakan baterai 9v dan relay untuk menyalakan voltmeter daripada menarik daya langsung dari internal PSU. Haruskah saya melakukan ini? Tidak ada alasan yang diberikan dalam tutorial yang saya baca. Seperti disebutkan di atas, saya akan menarik daya dari rel 12V.
5. Adakah sesuatu yang hilang yang dapat dianggap penting untuk desain catu daya? Apa saja fitur keselamatan? LM350 tampaknya diberi peringkat untuk 3A dan memiliki perlindungan arus lebih inbuilt. Saya juga akan menambahkan sekering pada setiap rel. Apakah ini akan memadai jika terjadi hubungan pendek dalam setiap beban eksternal (misalnya papan tempat memotong kabel yang buruk, dll)

Saya setuju dengan yang lain bahwa switchers adalah pilihan yang lebih baik dalam hal efisiensi, tetapi mereka bisa agak rumit untuk dihadapi jika Anda tidak berpengalaman, dan mungkin ada banyak efek aneh yang tidak segera terlihat (precharge sinking, frekuensi beat) , dll.) yang dapat membuat hidup menjadi sulit. Dengan asumsi Anda telah menemukan disipasi daya Anda dan tahu berapa banyak saat ini setiap kereta dapat memberikan, jika linear akan bekerja untuk Anda, tetap dengan mereka (setidaknya untuk lintasan pertama).

Jika Anda mencoba untuk mencapai output gelombang persegi variabel-amplitudo pada rel yang dapat disesuaikan, memotongnya dapat menimbulkan suara ke dalam rel 24V utama, yang dapat muncul di rel lainnya. Anda mungkin ingin memiliki filter LC antara rel 24V utama dan input regulator untuk menyediakan isolasi frekuensi tinggi, dan mungkin akan membutuhkan kapasitansi tambahan pada output regulator yang dapat disesuaikan (bulk elektrolit serta keramik impedansi rendah) jika Anda mengharapkan tepi gelombang persegi menjadi tajam.

1, 5) Ada beberapa bahaya dengan skema Anda.

Disipasi daya dalam regulator linier akan

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

yang signifikan, terutama untuk rel keluaran yang lebih rendah. Regulator tipe 78xx memiliki perlindungan termal built-in sekitar 125 ° C, dan (tanpa heatsink) hambatan termal junction-ke-udara 65 ° C / W. Manajemen termal Anda akan menantang.

$I^2 \cdot t$

2) Apa pun yang mengapung perahu Anda.

4) Meter bukan beban besar. Cukup gunakan salah satu rel Anda.

3) Benar - semua regulator memiliki persyaratan ruang kepala. Jika Anda ingin 24V maksimum keluar, Anda akan memerlukan koneksi langsung, dan harus bergantung pada perlindungan intrinsik apa pun yang akan diberikan bata kepada Anda.

Anda belum menyebutkan persyaratan keluaran saat ini tetapi, masalah terbesar yang akan Anda miliki adalah disipasi daya dan saya mendorong Anda untuk mempertimbangkan menggunakan regulator switching untuk 12V, 9V, 5V dan 3V3 dan jika perlu menggunakannya untuk menghasilkan 13V, 10V, 6V dll. Dan miliki regulator linier Low-Drop-Out (LDO) untuk membawa drop ke tegangan final yang Anda butuhkan.

Keuntungannya adalah disipasi panas yang secara signifikan lebih rendah pada desain dan output arus yang lebih tinggi terutama pada 3V3 dan 5V.

1) Regulator bisa secara seri atau paralel tetapi itu akan menjadi regulator 12V yang menghasilkan sebagian besar panas jika menggunakan regs linier secara seri. Jika menggunakan switcher maka menyediakan mereka dapat beroperasi dengan input pada 24V + maka paralel mungkin lebih baik TETAPI jika Anda menemukan switcher 12V benar-benar layak dan tee-off switchers tegangan rendah lainnya / LDO dari outputnya maka ini akan bekerja juga.

2) Saya akan menggunakan switchers dan LDO linier (opsional)

3) Saya akan mengirimnya langsung

4) Saya tidak mengerti hal ini, TAPI saya juga tidak melihat pengukur pada output sebagai masalah.

5) Tambahkan sekering sebelum regulator jika Anda harus tetapi kemungkinan bahwa sebagian besar regulator akan memiliki perlindungan kelebihan arus mudah ditambahkan jika tidak intrinsik ke perangkat. Saya mungkin tergoda untuk menjalankan USB dari sirkuit reg 5V sendiri. Saya mungkin juga tergoda untuk menyediakan rel -9V (atau -12V atau -5V) juga.

EDIT - Saya mungkin akan memasang LED pada setiap output