Конструкция блока питания - несколько регуляторов напряжения

Я пытаюсь разработать настольный источник питания постоянного тока для питания небольших проектов, макетов, Arduino и т. Д. Вот список того, что я хочу от него:

• Рельсы с фиксированным напряжением для 24 В, 12 В, 9 В, 5 В и 3,3 В
• Изменить: Текущие требования: 1A будет в порядке, 2A, я буду доволен, и где-нибудь рядом с полным 3A на предложение от блока питания ноутбука, который я использую (см. Ниже), будет здорово.
• Шина переменного напряжения от ~ 0В до ~ 24В
• Широтно-импульсная модуляция на переменном рельсе
• Панель вольтметра на переменной рейке
• Индикатор включения питания
• USB-порты для зарядки USB-устройств
• (Другие вещи, не связанные с этим вопросом, такие как выбираемые методы для работы с скачками переходного напряжения от использования ШИМ для питания индуктивных нагрузок, регулируемые диапазоны частот ШИМ и т. Д.)

Я буду использовать блок питания ноутбука от 240 В до 24 В постоянного тока, способный выдавать 3А.

Чтобы получить желаемое напряжение, я намерен использовать линейный регулятор напряжения для каждой шины, каждый из которых получает вход 24 В от блока питания. Обзор моей предполагаемой настройки показан ниже.

Схема ШИМ, которую я буду использовать, будет запитана от шины 12 В. Порты USB сойдут с шины 5В. Светодиодный индикатор включения питания (не показан), скорее всего, отключится от шины 3.3 В.

Вот мои вопросы:

1. Я предполагаю, что регуляторы напряжения должны быть параллельны, каждый из которых должен иметь полный вход 24 В, хотя для некоторых из них будет большая разница между входом и выходом (например, от 24 В до 3,3 В). Я думал о том, чтобы соединить их последовательно, чтобы выход 12 В первого регулятора подавал на регулятор 9 В, который питал регулятор 5 В и т. Д., Но схема каждого блока регулятора на моей схеме выше разделяла бы некоторый ток, оставляя меня с очень небольшим максимальным входом 3A для нижних шин питания. Это верно? Я также предполагаю, что большее снижение напряжения, необходимое для параллельной компоновки, как показано, будет производить больше тепла, чем в серии, но каждый регулятор будет иметь хороший толстый радиатор, и все это будет заключено во что-то, по крайней мере, с вентилятором или два и много отверстий для вентиляции.
2. Шина переменного напряжения будет управляться потенциометром в стабилизаторе переменного напряжения (LM350). Должен ли я использовать разные фиксированные регуляторы напряжения для моих шин с фиксированным напряжением, или использовать LM350 для каждого, и устанавливать их выходы с фиксированными резисторами или триммерами?
3. Поскольку блок питания ноутбука уже использует выходы 24 В, должен ли я подключить его непосредственно к выходному разъему для моей шины 24 В, или я должен также вставить туда регулятор напряжения? В идеале, не было бы смысла регулировать 24 В до 24 В, но я не уверен, насколько надежным является напряжение от блока питания ноутбука. Я даже не уверен, что вы можете вытащить из регулятора именно то, что вы вставили - там должно быть какое-то падение напряжения на этом пути. Если необходимо, есть ли другой способ обеспечить постоянный выход 24 В?
4. Некоторое время назад я видел учебное пособие, где кто-то подключал вольтметр к блоку питания, но в инструкциях упоминалось использование батареи 9 В и реле для питания вольтметра, а не питание напрямую от внутренних блоков блока питания. Должен ли я сделать это? В учебнике, который я прочитал, не было причин Как упомянуто выше, я собирался получить питание от 12-вольтовой шины.
5. Что-то не хватает, что можно считать существенным для конструкции источника питания? Какие-либо функции безопасности? LM350 рассчитан на 3A и имеет встроенную защиту от перегрузки по току. Я также добавлю предохранители к каждой рейке. Будет ли этого достаточно в случае короткого замыкания при любой внешней нагрузке (например, плохо подключенный макет и т. Д.)

Я согласен с другими, что переключатели являются лучшим выбором с точки зрения эффективности, но с ними может быть несколько сложно справиться, если вы неопытны, и может быть много странных эффектов, которые не сразу очевидны (падение предзаряда, частота ударов и т. д.) которые могут осложнить жизнь. Предполагая, что вы вычислили рассеиваемую мощность и знаете, какой ток может выдавать каждая шина, если линейные линии будут работать на вас, придерживайтесь их (по крайней мере, для первого прохода).

Если вы пытаетесь получить прямоугольную волну с переменной амплитудой на регулируемой шине, прерывание может привести к появлению шума в основной шине 24 В, который может появиться на других шине. Возможно, вы захотите установить LC-фильтр между основной шиной 24 В и входом регулятора для обеспечения высокочастотной изоляции, и, возможно, вам потребуется дополнительная емкость на выходе регулируемого регулятора (объемный электролитический, а также керамический с низким импедансом), если вы ожидаете прямоугольные края волны должны быть острыми.

1, 5) Есть некоторые опасности с вашей схемой.

Рассеиваемая мощность в линейных регуляторах составит

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

что важно, особенно для нижних выходных рельсов. Регуляторы типа 78xx имеют встроенную тепловую защиту около 125 ° C и (без теплоотвода) тепловое сопротивление соединения воздух-воздух 65 ° C / Вт. Ваше управление температурой будет проблематичным.

Другая потенциальная проблема - если последовательный элемент в любом из ваших низковольтных регуляторов выйдет из строя или будет обойден (закорочен), вы представите полный 24 В вход на выходе. Это может иметь катастрофические последствия для логики низкого напряжения. Вы должны защитить свои низковольтные рельсы с помощью ломов SCR, которые могут поглотить достаточный ток, чтобы положить кирпич DC / DC в ограничение тока и разрушить шину 24 В (им также понадобятся большие радиаторы). Плавкие предохранители вряд ли будут хорошей защитой, поскольку 24-вольтовый блок, вероятно, недостаточно жесток, чтобы генерировать необходимый для того, чтобы перегореть предохранитель.$I^2 \cdot t$

2) Все, что плавает на вашей лодке.

4) Метры не большие нагрузки. Просто используйте один из ваших рельсов.

3) Правильно - все регуляторы имеют требования к запасу. Если вы хотите максимальный выход 24 В, вам понадобится прямое соединение, и вам придется полагаться на любые внутренние средства защиты, которые обеспечит вам кирпич.

Вы не упомянули требования к выходному току, но самая большая проблема, с которой вы столкнетесь, - это рассеяние мощности, и я настоятельно рекомендую вам рассмотреть вопрос об использовании импульсных регуляторов для 12 В, 9 В, 5 В и 3 В 3 и при необходимости использовать их для генерации 13 В, 10 В, 6 В и т. Д. И оснащены линейными регуляторами с низким падением напряжения (LDO), которые обеспечивают падение до требуемого конечного напряжения.

Преимуществами являются значительно более низкое тепловыделение в конструкции и более высокие значения выходного тока, особенно для 3V3 и 5V.

1) Регуляторы могут быть последовательно или параллельно, но именно регулятор 12 В будет генерировать большую часть тепла, если использовать линейные регуляторы последовательно. Если вы используете коммутаторы, то при условии, что они могут работать со входом 24 В +, тогда параллельное подключение, вероятно, будет лучше, НО, если вы найдете действительно приличный коммутатор 12 В и отключите другие коммутаторы / LDO более низкого напряжения от его выхода, то это тоже будет работать.

2) Я бы использовал коммутаторы и линейный LDO (опционально)

3) я бы подключил его напрямую

4) Я не понимаю этого вопроса, НО также не вижу проблемы с измерением на выходе.

5) Добавьте предохранители перед регуляторами, если необходимо, но, скорее всего, большинство регуляторов будет иметь защиту от перегрузки по току, которая легко добавляется, если не встроена в устройство. Я мог бы испытать желание запустить USB от его собственной схемы 5V Reg. Я также мог бы испытать желание предоставить шину -9 В (или -12 В или -5 В).

РЕДАКТИРОВАТЬ - я бы, вероятно, поставить светодиод на каждом выходе