Alimentator reglabil 0-30 V 1,5 A cu LM317

Proiect complet pentru o sursă de alimentare cu LM317 reglabilă de la 0 V la 30 V, cu voltampermetru digital de panou

O sursă de tensiune cu ieșire reglabilă este absolut necesară pentru oricine are de a face cu dispozitive și circuite electronice. LM317 este probabil cel mai folosit circuit integrat pentru construirea de surse liniare de alimentare. Acest integrat este folosit și aici. Tensiunea minimă de ieșire a lui LM317 nu poate fi mai mică de 1,25 V. Însă, următorul circuit folosește o sursă suplimentară de tensiune negativă, derivată din aceeași ieșire a transformatorului. Folosind tensiunea negativă, ieșirea poate fi coborâtă până la 0 V. Placa de circuit conține încă o sursă simplă, liniară, cu stabilizator fix. Scopul acesteia este de a alimenta un voltampermetru digital de panou sau un ventilator pentru răcire.

Alimentatorul cu LM317 construit

LM317 este un stabilizator liniar de tensiune cu ieșire reglabilă. Deși curentul maxim pe care îl poate furniza este limitat la 1,5 A, integratul este folosit pe scară largă deoarece, pentru multe circuite electronice acest curent este suficient. LM317 folosește o referință de tensiune internă de 1,25 V și, din acest motiv, ieșirea minimă este de 1,25 V față de pinul de reglare. Chiar dacă situațiile în care ai nevoie de mai puțin de 1,25 V sunt rare, acest circuit poate fi configurat să furnizeze tensiuni de la 0 V. Această caracteristică necesită câteva componente suplimentare și este disponibilă doar dacă circuitul este alimentat de la un transformator (tensiune alternativă). Partea bună este că transformatorul nu necesită ieșiri suplimentare. Tensiunea negativă este derivată din aceeași înfășurare a transformatorului care alimentează și LM317 după redresare. O diodă zener stabilizează tensiunea negativă înainte de a fi aplicată divizorului de tensiune (potențiometrului) prin care se reglează tensiunea de ieșire. LM317 oferă la ieșire cu 1,25 V mai mult decât tensiunea de la pinul ADJ. Din acest motiv, îi vom aplica la pinul ADJ o tensiune care coboară cel mult la -1,25 V. Conform fișei tehnice, curentul prin pinul ADJ este de maximum 0,1 mA. La acesta se adaugă curentul de 5,7 mA prin divizorul de tensiune R3-RV1-R4-RV2 determinat de căderea de tensiune de 1,25 V pe R3. În această situație, un stabilizator cu diodă zener este suficient. Posibilitatea de a putea regla tensiunea de ieșire de la 0 V este selectată cu un jumper localizat pe placa de circuit lângă potențiometru. Dacă nu vei folosi deloc această caracteristică, componentele care intră în alcătuirea sursei de tensiune negativă pot să nu fie montate pe PCB. Dacă alimentezi montajul dintr-o sursă de curent continuu (de exemplu: alimentator de laptop), nu poți avea ieșire de la 0 V.

Placa de circuit are conectori pentru un voltampermetru de panou. Este vorba de dispozitivul digital DSN-VC288. Fiindcă cel pe care îl folosesc are ceva probleme cu acuratețea dar și pentru că intervalul de actualizare a afișajului este destul de mare, am prevăzut pe placă un conector pentru altfel de voltampermetru. Poți folosi, de exemplu, o placă Arduino cu afișaj pentru a construi propriul instrument de măsurare. Problema lui DSN-VC288 este legată de liniaritate. Adică, îl poți calibra să arate aceeași tensiune ca multimetrul folosind un rezistor semireglabil existent pe placa lui de circuit. Dar dacă modifici tensiunea de ieșire, DSN-VC288 var indica diferit de multimetru. Cel puțin al meu, cu până la 0,5 V diferență. La fel se manifestă și parte de ampermetru.

Acest lucru poate reprezenta o problemă, așa că am pus pe aceeași placă de circuit încă un alimentator fix, cu stabilizator 7805, pentru 5 V. Scopul acestuia este să alimenteze un viitor voltampermetru construit cu microcontroller și afișaj. VC288 include stabilizator de tensiune, de aceea poate fi alimentat cu până la 35 V. Totuși, există un jumper pe placă prin care se poate selecta tensiunea de alimentare pentru VC288, între 5 V din sursa suplimentară și tensiunea redresată de la transformator.

În situația în care ai un voltampermetru VC288 care afișează corect, nu ai nevoie de alt instrument de măsură, așa că poți elimina componentele care alcătuiesc a doua sursă din circuit. Dar, poți înlocui stabilizatorul cu unul de tip 7812 din care să alimentezi un ventilator pentru răcirea radiatorului pe care se află LM317. Fiindcă sursa suplimentară folosește un stabilizator liniar, evită folosirea ei pentru dispozitive care necesită curenți mari (supraîncălzire).

Schema alimentatorului cu LM317

Conectori și jumperi

• J1 (AC_IN): folosește un conector terminal tip regletă PCB pentru conectarea la secundarul transformatorului. Tensiunea alternativă maximă este de 25 V. Dacă folosești o sursă de curent continuu aici, maximul este de 37 V.
• J2 (CUSTOM): baretă de pini pentru un instrument de măsură. Configurație pini: 1 = alimentare 5V, 2 = masă, 3 = măsurare tensiune, 4 = cădere tensiune pe R5. Dacă folosești un alt instrument decât VC288, montează R5 pe placă. Folosește un rezistor de 0,1 ohmi, de 1 W cel puțin. La curentul maxim de 1,5 A ce va trece prin el, căderea de tensiune devine 0,15 V. Această tensiune o ai la pinul 4 al baretei, pe care o vei măsura în vederea aprecierii curentului prin circuit. Reține că, dacă vrei să ai tensiune de alimentare pe pinul 1, trebuie să montezi stabilizatorul de tensiune U2.
• J3 (VC288_I): lipește aici firele de măsurare curent ale DSN-VC288. Nu pune R5 în această situație. Respectă polaritatea, conform marcajelor de pe placă.
• J4 (VC288_V): alimentare și intrare tensiune de măsurat pentru DSN-VC288. Configurație pini: 1 = alimentare (fir roșu), 2 = masă (negru), 3 = tensiune de măsurat (fir galben).
• J5 (OUT): regletă cu șuruburi pentru ieșirea alimentatorului.
• JP1 (V_ZERO): pe poziția 1-2, tensiunea minimă de ieșire este 0 V (în cazul în care sursa de tensiune negativă este funcțională și reglată corespunzător). În poziția 2-3, ieșirea minimă este de 1,25 V. În acest caz, nu vei avea nevoie de C1, D1, D2, C3, C7, R2, U1, D4, C6, C9, RV2 și R4.
• JP2 (VC288_SUPPLY): DSN-VC288 poate fi alimentat cu tensiune de până la 35 V, pentru că are stabilizator. Setând acest jumper pe poziția 2-3, VC288 va primi 5 V de la U2.

Sursa de tensiune negativă

Tensiunea negativă este derivată din aceeași înfășurare a transformatorului. Pentru stabilizarea acestei tensiuni, sunt mai multe variante.

• Cu diodă zener. Eu asta am folosit (D4). Nu pune U1 dacă folosești diodă. Tensiunea negativa ce rezultă este tensiunea diodei zener. R2 determină curentul prin diodă, valoarea de 1,2 kilo ohmi fiind calculată pentru un curent de aproximativ 25 mA, în situația în care tensiunea redresată de la transformator este 33 V c.c. (24 V c.a. la ieșirea transformatorului). Dacă folosești un transformator cu tensiune de ieșire mai mică, poți calcula R2 după următoarea formulă: R2 = (|V_TP1| - V_zener)/0,025. V(TP1) este tensiunea măsurată la punctul de test TP1, fără semn. Cu diodă de 3,3 V, suma rezistențelor RV2 + R4 este 360 ohmi. Poți folosi ce valori vrei pentru aceste componente atât timp cât rezistența lor echivalentă (suma) poate fi adusă la 360 ohmi.
• Cu TL431 obții 2,5 V tensiune negativă. Curentul maxim prin acesta este de 100 mA. Similar, și aici poți calcula R2: R2 = (|V_TP1| - 2,5)/0,025 (0,025 este curentul prin TL431; poți crește acest număr la 0,05). În această situație, RV2 + R4 = 220 ohmi pentru 0 V la ieșire. Nu mai pune dioda D4 dacă folosești TL431!
• Poți folosi și TLV431? Nu! Curentul maxim prin acesta este de 20 mA și este prea mic în circuitul acesta.

Iată cum se calculează R2 și rezistența echivalentă (RV2+R4):

V_zener este tensiunea diodei zener sau 2,5 V pentru TL431. Când reglezi ieșirea pentru 0 V, rotește potențiometrul la minimum (spre stânga) și, în timp ce măsori tensiunea de ieșire, rotește RV2 spre dreapta pentru a o scădea până ajunge la 0 V.

Placa de circuit are 100 x 80 mm și arată ca în imaginea de mai jos. Sunt necesare două fire de conexiune, marcate pe silkscreen-ul plăcii.

Placa de circuit a alimentatorului

În ceea ce privește transformatorul, recomand unul care poate oferi 24-25 V la un curent de cel puțin 3 A. Astfel, vei obține la ieșire curentul continuu de maximum 1,5 A și o tensiune de până la 29-30 V. Nu folosi un transformator cu mai mult de 25 V c.a. la ieșire. Condensatorii C1, C2, C3 și C4 trebuie să suporte tensiuni de până la 35 V. Se recomandă totuși, condensatori de 40 sau 50 V.

Resurse

• Proiect KiCad.
• Voltmetru și ampermetru digital de panou.
• Transformator 24 V, 3 A (nu se va conecta priza mediană).