소개
전자 프로젝트의 프로토타입을 위해 소형 전원 공급 장치가 필요하신가요? 여러 구성 요소에 전원을 공급해야 하는 경우가 많으신가요? 기존의 시장 벤치 전원 공급 장치가 너무 비싸거나, 낮은 전압만 필요하기 때문에 과도하다고 느끼시나요? 아니면 단순히 조작 스테이션을 위해 멋진 무언가를 만들고 싶으신가요? 그렇다면 이 설명서는 당신을 위한 것입니다.
왜 이걸 만들었나요?
저는 전자 조작을 위해 안정적인 전압 소스가 필요했기 때문에 이 전원 공급 장치를 설계하고 제작했습니다. 실험실 벤치 전원 공급 장치는 꽤 비쌀 수 있습니다. 하나를 만드는 방법에 대한 지침을 찾아보았지만 필요한 부품(대부분의 다른 설명서에서 사용하는 XL4015)이 없었습니다. 어쨌든 대부분의 전원 공급 장치 설명서는 미리 만들어진 모듈을 3D 프린트 케이스에 넣는 것뿐이어서 저는 그걸 좋아하지 않습니다. 그래서 저는 예산 친화적인 버전을 직접 설계했습니다. 사용된 모든 것의 총 비용은 아마도 10달러입니다.
이 프로젝트는 전자 여정의 완벽한 디딤돌입니다. 왜냐하면 이 프로젝트는 당신이 많은 유용한 기술을 배우는 것 과 회로 작동 방식을 배우는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 전원 공급 장치는 미래 프로젝트의 구축을 도와줄 수 있기 때문입니다! 소프트웨어 패키지로 조작하거나 어디서나 코드를 복사하여 붙여넣을 필요가 없습니다. 순수한 제작만 있습니다.
특징
DC 배럴 잭으로 전원이 공급되는 이 전원 공급 장치는 노브를 사용하여 약 1.25V에서 11V DC 까지 조정 가능한 전압을 제공합니다. 여러 구성 요소에 전원을 공급하기 위해 8쌍의 출력 및 접지 핀 이 있습니다. 측면에 있는 히트싱크 (이미지 2)는 과열을 방지합니다.
⚠️ 조립 시 주의사항 ⚠️
참고
또한 다음과 같은 DC 전원 코드 (다음 단계의 사진 참조)가 필요합니다. 전원 공급 장치를 작동시키기 위해서입니다 (아이러니하네요). 이런 것 중 하나가 집에 있을 수 있으며, 예전의 어떤 기기를 작동시키기 위해 사용되었을 수 있습니다. 코드의 스티커를 확인하여 전압과 전류 출력을 확인하세요. 아마 이렇게 생겼을 것입니다:
입력: 220V~ 50Hz 7W
출력: 12V⎓ 0.8A
(~ 기호는 AC를 의미하고 ⎓ 기호는 DC를 의미합니다).
12V 이하의 전압은 사용해도 괜찮으며, 12V 이상의 전압은 사용하지 마세요. 제 것의 전압은 9V, 전류는 0.85A입니다. 코드가 12V를 공급하면 전압 증폭기 모듈이 필요하지 않습니다. (다음 단계에서 더 알아보세요).
시작해봅시다!
부품
위의 이미지에서 부품을 클릭한 후 마우스를 올리면 부품 이름을 볼 수 있습니다.
1x 미니 부스터 모듈 (사진 참조) (예: 이것 하나, 이는 제휴 링크가 아닙니다)
1x DC 배럴 잭 입력
1x LM317 레귤레이터 IC (히트싱크 포함!!)
1x 포텐셔미터 (이상적으로 2kΩ - 5kΩ) (또는 가변 저항)
1x 104 커패시터 (0.1 uF)
1x 100uF 25V 커패시터
1x 220Ω 저항
1x 다이오드
1x 표시 LED (선택 사항)
1x 510Ω 저항 (선택 사항, LED를 추가하는 경우) **
1x 로커 스위치 (선택 사항이지만 권장)
1x 전압 표시 모듈 (선택 사항, 사진 참조)
** 정확한 값을 가지고 있지 않다면 괜찮습니다. 470 - 560 Ω 사이의 값을 사용하세요.
기타 부품
DC 전원 코드 (<=12V)
케이싱 (나는 오래된 플라스틱 상자를 사용했으며, 어떤 케이스라도 괜찮습니다)
3D 프린트 부품: 포텐셔미터 홀더 및 노브 (이 단계 하단의 링크 참조)
열 수축 튜빙
에폭시 경화제
여성 헤더 핀 (원하는 만큼, 하지만 짝수여야 함)
전선
퍼프보드
종이와 마커
필요한 도구
인두기 (그리고 좋은 납땜)
핫 글루 건 및/또는 슈퍼글루
멀티미터 (테스트용)
핫 에어 건 / 헤어 드라이어 (열 수축 튜빙용)
3D 프린트 링크
https://www.printables.com/model/510002-simple-potentiometer-poti-holder
https://www.printables.com/model/379608-potentiometer-knob
참고: 이 부품들은 제가 디자인한 것이 아닙니다.
위는 전원 공급 장치의 회로입니다 (명확성을 위해 사진 편집됨). 작동 원리를 설명하겠습니다.
이 섹션은 주로 이론이며, 바로 제작으로 넘어가고 싶다면 건너뛰어도 괜찮습니다. 이 내용 중 일부를 이해하지 못해도 걱정하지 마세요, 이 지식 없이도 잘 만들 수 있습니다.
전압은 DC 배럴 잭을 통해 전원 공급 장치로 들어옵니다. 부스터 모듈은 전압을 12볼트로 증가시킵니다 (그래서 DC 공급이 이미 12볼트일 경우 무의미합니다).
일반 전원 공급 장치의 작동 원리
물리 수업에서 AC 전압은 변압기를 사용하여 변경할 수 있다는 것을 기억할 것입니다. 그러나 변압기는 DC에서는 작동하지 않습니다. 따라서 일반적인 DC 전원 공급 장치는 스위칭 방식으로 전압을 조절합니다. 전압은 빠르게 켜졌다 꺼졌다 하며, 이 파형의 '평균'이 새로운 전압을 형성합니다. 이 방법을 펄스 폭 변조 (PWM)이라고 합니다.
하지만, 우리의 저렴한 버전은 선형 레귤레이터 를 사용합니다. LM317 (아래에서 더 자세히 설명합니다). 그들은 전압에 대해 매우 정밀하며, 스위칭 대신 모든 과잉 에너지를 제거하여 열 로 전압을 낮춥니다. 관련 계산은 아래에서 확인할 수 있습니다.
LM317의 작동 원리
LM317은 인기 있고 다재다능한 조정 가능한 3단자 양전압 레귤레이터입니다. 그 주요 기능은 사용자가 조정할 수 있는 일정하고 안정적인 출력 전압을 제공하는 것입니다. LM317은 1.25V의 내부 기준 전압을 통해 이를 달성하며, 이는 출력(VOUT) 핀과 조정(ADJ) 핀 사이에서 유지됩니다. 사용자는 고정 저항과 가변 저항(이 경우 포텐셔미터)을 사용하여 원하는 출력 전압을 설정합니다. LM317은 고정 저항을 통해 그 정확한 1.25V 차이를 유지하기 위해 자동으로 출력을 조정합니다. 최종 출력 전압은 다음 공식을 통해 결정됩니다:
여기서 R2는 가변 저항이고, R1은 고정 저항(우리 경우에는 220Ω)이며, I-ADJ는 조정 핀에서 흐르는 작은 전류로, 일반적으로 대부분의 계산에서 무시될 만큼 작습니다.
이 빌드에 10K 가변 저항은 꽤 큽니다. 최대 출력 전압은 가변 저항이 1.5킬로옴 지점에 있을 때 달성할 수 있으며, 나머지 회전은 무의미합니다. 안타깝게도 더 작은 가변 저항이 없어서 이 것을 사용해야 했습니다. 있었습니다. 사용해야 했습니다.
다른 구성 요소들
다이오드는 LM317의 ADJ와 VIN 핀 사이에 역전류 보호를 제공합니다. 이는 출력에 있는 커패시터가 여전히 충전된 상태에서 입력 전압이 제거될 때 발생할 수 있습니다. 104 커패시터는 입력 전압을 부드럽게 하고, 100 uF 커패시터는 출력 전압을 부드럽게 하는 데 사용됩니다. 510옴 저항은 LED로 가는 전류를 최적의 전류 등급인 약 20mA로 제한합니다.
히트싱크가 필수인 이유
LM317 선형 레귤레이터가 전압을 감소시킬 때, 잉여 전압은 열로 방출됩니다. 얼마나 뜨거워질까요? LM317의 열 저항인 65℃/Watt를 사용하여 답할 수 있습니다. (이는 Texas Instruments LM317T의 데이터시트에서 가져온 것입니다. 일부 제조업체는 50 C/W에서 80 C/W까지의 값을 가지고 있습니다). 500mA (0.5A)를 공급한다고 가정하면:
10V 공급 시 온도:
전력 = IV = 0.5 x (12-10) = 1 Watt, 따라서 약 65 ℃입니다. LM317은 125℃를 견딜 수 있으므로 이는 허용 가능합니다 (하지만 케이스에는 참을 수 없을 정도로 뜨겁습니다). 그러나 이것은 최상의 경우입니다. 1.25V를 출력할 때:
0.5 x (12-1.25) = 5.4 Watts, 따라서 약 350 ℃입니다. 너무 뜨겁습니다! 이것이 히트싱크를 무시할 수 없는 이유입니다. 저는 빠른 냉각을 위해 공기 중에 배치했습니다.
이론은 충분합니다! 이제 제작을 시작합시다.
이 프로젝트의 이 부분은 꽤 유연합니다. 원하신다면, 인클로저를 설계하고 3D 프린트할 수 있습니다. 그렇지 않으면, 어떤 박스라도 괜찮습니다 (부품의 단락을 방지하기 위해 플라스틱이 바람직합니다).
저는 오래된 드라이버 케이스와 열선 칼을 사용하여 DC 입력, 전원 스위치, 노브, 출력 핀 및 LED를 위한 구멍을 컸습니다. 또한 검은색 차트 용지와 마커를 사용하여 노브의 눈금과 출력의 + 및 -를 표시하는 마크를 디자인했습니다. +/- 라벨링은 부품을 실수로 역접속하여 손상시키고 싶지 않다면 중요합니다! 눈금도 정말 중요하므로, 설정할 전압을 알 수 있습니다 (3자리 화면이 없다고 가정할 때).
우리는 위 단계에 있는 회로도에 따라 회로를 구축할 것입니다.
이 단계는 위의 비디오에서 완전히 다루어진 간단한 단계입니다.
저는 가변 저항기(이후 '팟'이라고 부르겠습니다)를 3D 프린트된 브래킷에 묶기 위해 몇 개의 와이어를 사용하는 어리석은 실수를 저질렀습니다. 비디오에서 보여주듯이, 팟의 내장 나사 너트와 와셔를 사용하는 것이 훨씬 쉽습니다. 노브도 잘 맞습니다. 제가 선택한 특정 모델은 바가 튀어나와 있어 눈금 읽기가 더 쉽습니다. 다른 팟 노브 모델은 노브가 가리키는 방향을 표시하기 위해 이중 색상 인쇄가 필요합니다.
아마도 이것이 가장 쉬운 회로 부분일 것입니다. 배럴 잭의 출력은 부스터 모듈의 입력에 연결되어야 하며, 전원을 끌 수 있도록 스위치가 있어야 합니다.최종 회로 부분은 이미지 2와 같아야 합니다.
저는 스위치 바닥에 작은 나무 블록을 추가했습니다(이미지 3) 붙이기 쉽게 만들기 위해서입니다. 집에 있는 아무 쓸모없는 조각을 사용해도 됩니다.
회로 접합부 위에 보이는 고무 같은 물질은 열 수축 튜빙입니다. 저렴하고 간단한 고무 튜브인데, 강하게 가열하면 크기가 약 절반으로 줄어듭니다.접합부를 절연하여 단락을 방지하고, 접합부를 더 강하게 만들 수 있습니다! 와이어/접합부의 직경의 두 배보다 작은 튜빙을 선택하세요. 다양한 크기를 사용할 수 있도록 이러한 튜빙의 큰 키트를 갖추는 것이 가장 좋습니다.
이런 단계에 대한 제가 가장 좋아하는 작업 흐름 스타일은 다음과 같습니다:
납땜, 가열 및 접착의 사이클을 준비하세요. 제가 만든 부품-회로는 제 낮은 기준으로 보았을 때 꽤 깔끔해 보입니다.
포텐셔미터(7단계)를 추가한 뒤 이 작업을 한 것은 실수였습니다. 그 때문에 작업 공간이 다소 좁아졌습니다. 그래서 이 단계를 앞으로 옮겼으며, 먼저 진행하는 편이 좋습니다.
이것은 또 다른 쉬운 단계입니다. 양쪽의 출력 핀을 서로 연결하세요(반대쪽은 연결하지 마세요!) 그리고 그들로부터 와이어를 연결하세요. 저는 덕트 테이프와 핫 글루를 추가하여 제 배선을 단단히 고정했습니다.
왜 우리가 메인 회로를 조립하기 전에 이것들을 장착하는지 이상하게 보일 수 있습니다. 저에게는 모든 외부 부품이 완료되면 더 쉬울 것 같고, 그 후에 전원 공급 장치 내부에서 그들의 와이어를 간단히 연결할 수 있을 것 같습니다.
이전의 작은 나무 조각으로 성공한 후, 포트 장착을 위해 더 많은 나무를 사용하기로 결정했습니다. 2개를 붙여서 9.5mm 두께의 조각(Pic 2)을 얻었고, 크기가 정말 잘 맞습니다. 포트에 와이어를 납땜한 후(Pic 4)(우리는 두 개의 핀, 중간(와이퍼라고 불리는)과 한쪽 핀만 필요합니다, 둘 중 하나를 사용할 수 있습니다), 저는 나무를 장착에 붙이고 열수축에 뜨거운 공기를 불었습니다.
주의: 나는 당신에게 조언하고 싶습니다 하지 마세요 내가 한 순서대로 하지 말고, 열 수축을 가열하기 전에 냄비를 장착에서 분리하세요. 이는 헤어 드라이어가 플라스틱 프레임(특히 PLA)을 실제로 변형시킬 만큼 뜨겁기 때문입니다. 내가 하는 대로 하지 말고, 내가 말하는 대로 하세요! 그 후, 나는 핀 포텐셔미터를 단단히 고정하기 위해 핫 글루를 사용했습니다.
LED 장착은 쉽습니다. 510Ω 저항기를 추가하고 LED의 핀을 서로 격리하기 위해 열 수축을 추가하는 것을 잊지 마세요. 그런 다음, 당신이 케이스에 어디에 두기로 결정했든지 간에 간단히 삽입하세요. 첫 번째 사진을 클릭하면 내가 LED를 부착한 위치가 표시됩니다. 사진 3은 외부에서 보여줍니다.
한편, 지금은 새벽 2시이고 꽤 피곤해서 나머지는 내일 계속하겠습니다.
마침내, 여러분 중 일부가 간절히 기다려온 부분이며, 일부는 (저처럼) 두려워하고 있는 부분입니다.
저는 전문 납땜사는 아니며, 따라서 회로를 만드는 것이 두렵습니다. 계속하기 전에 초보자에게 매우 유용한 몇 가지 빠른 팁을 드리고 싶습니다:
내 납땜 조인트는 그리 훌륭하지 않으니, 당신이라면 예시로 사용하지 않는 것이 좋을 것 같아요!
이제 회로로 넘어갑니다. 먼저 퍼포보드의 한 조각을 잘라서 케이스 안에 어디에 맞출지 확인하는 것을 추천합니다. 케이스를 닫아보면서 모든 것이 제대로 맞는지 확인해 보세요. 이 부분은 저에게 어려웠습니다. 왜냐하면 포텐셔미터가 방해가 되었거든요. 레귤레이터를 추가하기 전에, 그것에 히트싱크가 붙어 있을 것이라는 점을 기억하세요!
이 단계에서 더 이상 안내할 수 있는 부분이 많지 않습니다. 1단계의 회로도를 사용하여 퍼포보드에 회로를 조립하세요. 점퍼 와이어, 부품의 리드, 또는 순수한 납을 사용하여 연결을 형성할 수 있습니다. 핀 연결은 다음과 같습니다: (회로도가 이 부분을 훨씬 더 명확하게 해줍니다)
(VIN, ADJ, OUT은 LM317 핀입니다. GND(‘그라운드’라고 발음)는 부스트 모듈의 음극 단자입니다).
이걸 더 일찍 구했다면 전원 공급 장치의 보정과 스케일 조정을 할 필요가 없었을 텐데, 프로젝트가 절반쯤 진행된 후에 이걸 샀고, 그냥 지나칠 수가 없어서 이 작은 전원 공급 장치에 추가했습니다. 이러한 변경 사항이 반영되도록 Supplies 목록과 회로도를 수정했습니다.
이 3자리 전압 표시 모듈의 배선은 간단합니다. 표시 장치의 전선을 전원 공급 장치의 출력 전압에 연결하세요(필터링 커패시터 뒤에 연결해야 하며, 그렇지 않으면 부정확한 값이 표시됩니다). 극성에 주의하세요. 이 표시 장치 덕분에 신뢰 문제로 멀티미터를 사용해 출력 전압을 번거롭게 다시 확인할 필요가 없습니다!
참고: 약 2.5 V 이하에서는 화면이 실제로 꺼집니다. 이러한 부품에서는 스케일 조정이 중요합니다(제가 만드는 것은 어차피 3.3V 이하로 내려가는 경우가 거의 없지만요). 또한 이제 화면이 표시기 역할을 하므로 표시기 LED를 제거했고, 전류가 지나치게 많이 소모되는 것을 원하지 않았습니다.
이 부품은 전적으로 선택 사항이므로 큰 문제 없이 생략할 수 있습니다. 하지만 화면이나 표시기 LED 중 적어도 하나는 포함하는 것이 좋습니다.
저는 이 단계를 완료하기 위해 정말 조잡한 방법을 사용했습니다. 방열판에 망치로 두드리는 것과 같은 방법입니다(이미지 3). 그래서 방열판에 나사 구멍이 있는 것을 구입하는 것이 좋습니다! 1단계에서 방열판을 추가하는 것이 얼마나 중요한지 강조했습니다.
이 부분에서는 LM317의 뒷면이 방열판을 위해 잘라낸 구멍을 향하도록 하는 것이 좋습니다(이미지 1 참조). 그런 다음, 회로 기판을 제자리에 핫글루로 고정하세요(부품을 손상시키지 않도록 주의하세요! 저는 한 번 기판의 다이오드를 부러뜨린 적이 있습니다). 또한, 회로 기판의 모든 전선 연결 주위에 글루를 발라서 우발적인 단락을 방지했습니다.
이제 방열판에 대해 이야기해보겠습니다. 이 단계에서 절대 절약하지 말고 방열판을 핫글루나 슈퍼글루로 붙이려고 하지 마세요. 이렇게 하면 적절한 열 전달이 방해받고 LM317이 과열되어 고장날 수 있으며, 교체하는 것이 정말 귀찮을 것입니다. 한 번에 제대로 하세요! 허용 가능한 장착 방법은 다음과 같습니다:
오래된 CPU 열전도 페이스트가 있다면 그것도 바르는 것이 좋습니다.
여기서도 경고해야 합니다, LM317의 열 방출 탭은 V-OUT 핀에 연결되어 있습니다. 히트싱크가 다른 전선에 닿지 않도록 하세요, 그렇지 않으면 단락이 발생할 것입니다!
히트싱크를 플라스틱 케이스에 연결하기 위해 에폭시 경화제를 사용할 예정입니다, 녹는 것을 방지하기 위해서요.
최종 배선 설정을 이미지 2에서 확인할 수 있습니다. 노출된 전선 부분은 공통 접지입니다. 이것이 마지막 주요 단계입니다 (나머지는 마무리 작업일 뿐입니다).
마법 상자를 밀봉하기 전에 마지막 멀티미터 테스트를 수행하세요. 측정값 간에 약간의 차이가 발생할 수 있지만, 무시해도 안전합니다. 위의 이미지와 마찬가지로, 5.14V와 5.18V의 측정값이 충분히 가까워서 모든 것이 완전히 작동한다고 가정할 수 있습니다.
이제 미술 및 공예 용품을 꺼낼 시간입니다! 저는 예술가는 아니지만, 제가 만든 것을 어느 정도 감탄합니다.
이제 화면이 있으니 비율은 미적입니다 (화면 위에 VOLTAGE 표지를 추가했습니다), 하지만 그래도 유지했습니다. V+와 V- (GND) 출력 핀도 표시하여 앞으로 혼동하지 않도록 했습니다!
축하합니다! 미니 조정 가능한 실험실 전원 공급 장치를 완성했습니다! (MALPS라고 부를까요?)
위의 비디오에서 제 장비가 작동하는 모습을 볼 수 있습니다. (작은 LED가 있다면 너무 많은 전압을 주지 마세요, 그렇지 않으면 일시적인 폭죽이 될 것입니다).
자신만의 Malps를 만들기 위한 단계나 구성 요소에 대해 질문이 있다면 댓글에 남겨주세요. 모두 답변해 드리겠습니다!
행복한 tinkering! 💟
https://www.instructables.com/Mini-Lab-Power-Supply