Konstrukcja zasilacza - wiele regulatorów napięcia

Próbuję zaprojektować stacjonarny zasilacz prądu stałego do zasilania małych projektów, płyt chlebowych, arduino itp. Oto lista tego, czego od niego chcę:

• Szyny napięcia stałego dla 24 V, 12 V, 9 V, 5 V i 3,3 V.
• Edycja: Obecne wymagania: 1A będzie w porządku, 2A Będę szczęśliwy i wszędzie blisko pełnej 3A w ofercie z klocka zasilającego laptopa, którego używam (patrz poniżej) będzie świetny.
• Szyna o zmiennym napięciu od ~ 0 V do ~ 24 V.
• Modulacja szerokości impulsu na szynie zmiennej
• Panel woltomierza na szynie zmiennej
• Wskaźnik LED włączenia
• Porty USB do ładowania urządzeń USB
• (Inne rzeczy niezwiązane z tym pytaniem, takie jak wybieralne metody radzenia sobie z przejściowymi skokami napięcia od użycia PWM do zasilania obciążeń indukcyjnych, regulowane zakresy częstotliwości PWM itp.)

Użyję klocka zasilającego laptopa od 240 V AC do 24 V DC, zdolnego do wyprowadzenia 3A.

Aby wytworzyć pożądane napięcia, zamierzam zastosować liniowy regulator napięcia dla każdej szyny, z których każda pobiera napięcie 24 V z klocka zasilającego. Przegląd mojej zamierzonej konfiguracji pokazano poniżej.

Obwód PWM, którego będę używał, będzie zasilany z szyny 12V. Porty USB wyjdą z szyny 5 V. Wskaźnik LED włączenia zasilania (niepokazany) najprawdopodobniej spadnie z szyny 3.3V.

Oto moje pytania:

1. Zakładam, że regulatory napięcia powinny być równoległe, z których każdy pobiera pełne wejście 24 V, nawet jeśli dla kilku z nich będzie duża różnica między wejściem a wyjściem (np. 24 V do 3,3 V). Myślałem o ustawieniu ich szeregowo, aby wyjście 12 V pierwszego regulatora zasilało regulator 9 V, który zasilałby regulator 5 V i tak dalej, ale obwody każdego bloku regulatora na powyższym schemacie podzieliłyby część prądu, pozostawiając mnie z bardzo małą wartością wejściową 3A max dla szyn niskiego napięcia. Czy to jest poprawne? Zakładam również, że większe redukcje napięcia niezbędne do równoległego ustawienia, jak pokazano, będą wytwarzać więcej ciepła niż szeregowo, ale każdy regulator będzie miał ładny radiator tłuszczu i całość będzie zamknięta w czymś z co najmniej wentylatorem lub dwa i mnóstwo otworów do wentylacji.
2. Szyna o zmiennym napięciu będzie sterowana potencjometrem do regulatora o zmiennym napięciu (LM350). Czy powinienem używać różnych regulatorów napięcia stałego dla moich szyn napięcia stałego, czy też używać LM350 dla każdego z nich i ustawiać ich wyjścia za pomocą stałych rezystorów lub potencjometrów?
3. Ponieważ jako cegła zasilająca laptopa używam już wyjść 24 V, czy powinienem podłączyć to bezpośrednio do zacisku wyjściowego dla mojej szyny 24 V, czy też powinienem tam również umieścić regulator napięcia? Idealnie byłoby nie ma sensu regulować 24v do 24v, ale nie jestem pewien, jak niezawodne jest napięcie z cegły zasilającej laptopa. Nie jestem nawet pewien, czy możesz wydostać się z regulatora dokładnie tak, jak włożyłeś - po drodze musi spadać napięcie. Jeśli to konieczne, czy istnieje inny sposób zapewnienia stałej mocy 24 V?
4. Jakiś czas temu widziałem tutorial, w którym ktoś podłączył woltomierz do psu, ale instrukcje wspominały o użyciu baterii 9v i przekaźnika do zasilania woltomierza zamiast pobierania energii bezpośrednio z wewnętrznych zasilaczy. Powinienem to zrobić? W samouczku, który przeczytałem, nie podano powodu. Jak wspomniano powyżej, zamierzałem czerpać energię z szyny 12V.
5. Czy brakuje czegoś, co można by uznać za niezbędne do zaprojektowania zasilacza? Jakieś funkcje bezpieczeństwa? LM350 wydaje się być przystosowany do 3A i ma wbudowane zabezpieczenie nadprądowe. Dodam też bezpieczniki do każdej szyny. Czy będzie to wystarczające w przypadku zwarcia w dowolnym obciążeniu zewnętrznym (np. Źle okablowana płyta chlebowa itp.)

Zgadzam się z innymi, że przełączniki są lepszym wyborem pod względem wydajności, ale mogą być nieco skomplikowane, jeśli masz niedoświadczenie, i może być wiele dziwnych efektów, które nie są od razu oczywiste (tonięcie przed ładowaniem, częstotliwości uderzeń itp.), które mogą utrudnić życie. Zakładając, że zrozumiałeś swoje rozproszenie mocy i wiesz, ile prądu może dostarczyć każda szyna, jeśli linijki będą dla ciebie działać, trzymaj się ich (przynajmniej dla pierwszego przejścia).

Jeśli próbujesz uzyskać wyjściową falę kwadratową o zmiennej amplitudzie na swojej regulowanej szynie, cięcie może wprowadzić hałas do głównej szyny 24 V, który może pojawić się na innych szynach. Możesz chcieć mieć filtr LC między główną szyną 24V a wejściem regulatora, aby zapewnić izolację wysokich częstotliwości, i prawdopodobnie będziesz potrzebować dodatkowej pojemności regulowanego wyjścia regulatora (elektrolityczny luzem oraz ceramika o niskiej impedancji), jeśli oczekujesz ostre krawędzie fali kwadratowej.

1, 5) Z twoim planem wiąże się kilka niebezpieczeństw.

Straty mocy w regulatorach liniowych będą

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

co jest znaczące, szczególnie dla niższych szyn wyjściowych. Reduktory typu 78xx mają wbudowaną ochronę termiczną w temperaturze około 125 ° C i (bez radiatora) oporność termiczną łączącą z powietrzem 65 ° C / W. Twoje zarządzanie ciepłem będzie trudne.

Kolejny potencjalny problem - jeśli element szeregowy w którymkolwiek z regulatorów niskiego napięcia ulegnie awarii lub zostanie ominięty (zwarty), na wyjściu zostanie przedstawione pełne napięcie 24 V. Może to być katastroficzne dla logiki niskiego napięcia. Powinieneś chronić swoje szyny niskiego napięcia za pomocą łomów SCR, które mogą pochłonąć wystarczającą ilość prądu, aby ustawić cegiełkę DC / DC w limicie prądu i zwinąć szynę 24V (będą również potrzebować dużych radiatorów). Bezpieczniki raczej nie będą dobrą ochroną, ponieważ 24-woltowy klocek prawdopodobnie nie jest wystarczająco sztywny, aby wygenerować potrzebny do wysadzenia bezpiecznika.$I^2 \cdot t$

2) Cokolwiek płynie łodzią.

4) Liczniki nie są dużymi obciążeniami. Po prostu użyj jednej ze swoich szyn.

3) Prawidłowo - wszystkie regulatory mają wymagania dotyczące rezerwy. Jeśli chcesz uzyskać maksymalne napięcie wyjściowe 24 V, będziesz potrzebować bezpośredniego połączenia i będziesz musiał polegać na wszelkich wewnętrznych zabezpieczeniach, które zapewni ci cegła.

Nie wspomniałeś o wymaganiach dotyczących prądu wyjściowego, ale największym problemem będzie rozpraszanie mocy i zachęcam do rozważenia zastosowania regulatorów przełączających dla 12V, 9V, 5V i 3V3, a jeśli to konieczne, użyj ich do wygenerowania 13V, 10V, 6 V itp. I wyposażone są w regulatory liniowe Low-Fall-Out (LDO), które obniżają napięcie do wymaganego napięcia końcowego.

Korzyści to znacznie mniejsze rozpraszanie ciepła w konstrukcji i wyższe wartości prądu wyjściowego, szczególnie w przypadku 3 V 3 i 5 V.

1) Regulatory mogą być szeregowe lub równoległe, ale będzie to regulator 12 V, który generuje większość ciepła, jeśli stosuje się reg. Liniowe szeregowo. Jeśli używasz przełączników, to pod warunkiem, że mogą one działać przy napięciu 24 V +, wtedy równolegle jest prawdopodobnie lepiej, ALE jeśli znajdziesz naprawdę przyzwoity przełącznik 12 V i odłączysz inne przełączniki niskiego napięcia / LDO od jego wyjścia, to również będzie działać.

2) Użyłbym przełączników i liniowego LDO (opcjonalnie)

3) Podłączę go bezpośrednio

4) Nie rozumiem tego punktu, ale nie widzę problemu z zawieszeniem miernika na wyjściu.

5) Jeśli musisz, dodaj bezpieczniki przed regulatorami, ale jest prawdopodobne, że większość regulatorów będzie miała łatwo dodane zabezpieczenie nadprądowe, jeśli nie jest nieodłączne dla urządzenia. Mógłbym pokusić się, aby uruchomić USB z własnego obwodu reg 5V. Mogę też pokusić się o dostarczenie szyny -9V (lub -12V lub -5V).

EDYCJA - prawdopodobnie umieściłbym diodę LED na każdym wyjściu