가변 전압 전원 공급 장치
3단자 선형 고정 전압 레귤레이터는 포지티브 또는 네거티브 전압을 생성하는 데 널리 사용됩니다.
ATX PSU를 벤치 전원 공급 장치로 변환하는 방법에 대한 튜토리얼에 이어 가변 전압 전원 공급 장치를 만드는 데 사용할 수 있는 LM317T 포지티브 전압 조정기가 추가되었습니다.
LM317T는 +5 또는 +12V의 고정 전압 전원 공급 장치 이외의 다양한 DC 전압 출력을 공급하거나 몇 볼트에서 최대 값까지 가변 출력 전압을 제공할 수 있는 조정 가능한 3단자 포지티브 전압 조정기입니다. 약 1.5암페어의 전류.
PSU의 출력에 약간의 추가 회로를 추가하면 본질적으로 양극 또는 음극의 고정 또는 가변 전압 범위를 지원하는 벤치 전원 공급 장치를 가질 수 있습니다. 실제로 이것은 변압기처럼 생각하는 것보다 더 간단합니다. 정류 및 평활화는 이미 PSU에 의해 수행되었습니다. 우리가 해야 할 일은 추가 회로를 +12V 노란색 와이어 출력에 연결하는 것뿐입니다. 하지만 먼저 고정 전압 출력을 고려해 보겠습니다.
고정 9v 전원 공급 장치
표준 TO-220 패키지에는 다양한 3단자 전압 조정기가 있으며 가장 널리 사용되는 고정 전압 조정기는 매우 일반적인 7805, +5V 고정 전압 조정기부터 7824, +에 이르는 78xx 시리즈 포지티브 조정기입니다. 24V 고정 전압 조정기. -5~-24V의 보완적인 음 전압을 생성하는 79xx 시리즈의 고정 음 전압 조정기도 있지만 이 튜토리얼에서는 양의 78xx 유형만 사용합니다.
고정 3단자 레귤레이터는 조정 가능한 출력이 필요하지 않은 애플리케이션에 유용하므로 출력 전원 공급 장치가 단순하지만 출력 전압이 선택한 레귤레이터에만 의존하므로 매우 유연합니다. 연결할 수 있는 단자가 3개뿐이고 각각 입력 , 공통 및 출력 이기 때문에 3단자 전압 조정기라고 합니다 .
레귤레이터의 입력 전압은 PSU(또는 별도의 변압기 공급 장치)의 +12v 노란색 와이어이며 입력 단자와 공통 단자 사이에 연결됩니다. 표시된 것처럼 안정화된 +9V가 출력 및 공통에 걸쳐 사용됩니다.
가변 전압 전원 공급 장치 고정 레귤레이터 회로
따라서 PSU 벤치 전원 공급 장치에서 +9V의 출력 전압을 원한다고 가정하면 +9v 전압 조정기를 +12V 노란색 선에 연결하기만 하면 됩니다. PSU가 이미 +12v 출력에 대한 정류 및 평활화를 수행했으므로 필요한 유일한 추가 구성 요소는 입력 전체에 걸쳐 있는 커패시터와 출력 전체에 걸쳐 있는 커패시터뿐입니다.
이러한 추가 커패시터는 조정기의 안정성을 지원하며 100nF에서 330nF 사이일 수 있습니다. 추가 100uF 출력 커패시터는 고유의 리플 콘텐츠를 완화하여 우수한 과도 응답을 제공합니다. 전원 공급 장치 회로의 출력 전체에 배치된 이 큰 값의 커패시터를 일반적으로 "평활 커패시터"라고 합니다.
이 78xx 시리즈 레귤레이터는 각각 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 및 24V의 고정 안정화 전압에서 약 1.5A의 최대 출력 전류를 제공합니다. 하지만 +9V의 출력 전압을 원하지만 7805, +5V 레귤레이터만 있다면 어떻게 될까요? 7805의 +5V 출력은 "접지, Gnd" 또는 "0v" 단자를 참조합니다.
이 핀 2 단자 전압을 0V에서 4V로 높이면 입력 전압이 충분하다면 출력도 추가로 4V 증가합니다. 그런 다음 조정기의 핀 2와 접지 사이에 작은 4V(가장 권장 값인 4.3V) 제너 다이오드를 배치하여 7805 5V 조정기가 그림과 같이 +9V 출력 전압을 생성하도록 할 수 있습니다.
출력 전압 증가
그렇다면 어떻게 작동합니까? 4.3V 제너 다이오드는 레귤레이터가 약 0.5mA를 소비하는 출력을 유지하기 위해 약 5mA의 역방향 바이어스 전류가 필요합니다. 5.5mA의 총 전류는 출력 핀 3의 저항기 "R1"을 통해 공급됩니다.
따라서 7805 레귤레이터에 필요한 저항 값은 R = 5V/5.5mA = 910 Ohm 이 됩니다 . 입력과 출력 단자 사이에 연결된 피드백 다이오드 D1은 보호를 위한 것이며, 큰 유도 전류로 인해 출력 공급이 ON으로 유지되거나 짧은 시간 동안 활성 상태를 유지하는 동안 입력 공급 전압이 OFF로 전환될 때 레귤레이터가 역바이어스되는 것을 방지합니다. 솔레노이드 또는 모터와 같은 부하.
그런 다음 3단자 전압 조정기와 적절한 제너 다이오드를 사용하여 이전 벤치 전원 공급 장치에서 +5V ~ +12V 범위의 다양한 고정 출력 전압을 생성할 수 있습니다. 하지만 고정 전압 조정기를 LM317T 와 같은 가변 전압 조정기로 교체하면 이 설계를 개선할 수 있습니다 .
가변 전압 전원 공급 장치
LM317T는 약 1.25V에서 30V를 약간 넘는 범위의 출력 전압으로 1.5A를 공급할 수 있는 완전히 조정 가능한 3단자 포지티브 전압 레귤레이터입니다. 하나는 고정 값이고 다른 하나는 변수(또는 둘 다 고정)인 두 저항의 비율을 사용하여 해당 입력 전압이 3~40V 사이인 원하는 수준으로 출력 전압을 설정할 수 있습니다.
LM317T 가변 전압 레귤레이터에는 전류 제한 및 열 차단 기능도 내장되어 있어 단락 방지 기능이 있으며 저전압 또는 가정용 벤치 전원 공급 장치에 이상적입니다.
LM317T의 출력 전압은 아래와 같이 출력 단자 전체에 전위 분배기 네트워크를 형성하는 두 개의 피드백 저항기 R1 및 R2 의 비율에 의해 결정됩니다.
LM317T 가변 전압 조정기
피드백 저항 R1 의 전압은 일정한 1.25V 기준 전압이며, "출력" 단자와 "조정" 단자 사이에 생성되는 V ref 입니다. 조정 단자 전류는 100uA의 정전류입니다. 저항 R1 양단의 기준 전압은 일정하므로 일정한 전류 i 가 다른 저항 R2를 통해 흐르고 결과적으로 출력 전압은 다음과 같습니다.
그런 다음 저항기 R1을 통해 흐르는 모든 전류는 저항기 R2 를 통해서도 흐르며 (매우 작은 조정 단자 전류 무시) R1 과 R2 의 전압 강하 합계는 출력 전압 Vout과 같습니다 . 분명히 입력 전압 Vin은 레귤레이터에 전원을 공급하는 데 필요한 출력 전압보다 최소 2.5V 더 커야 합니다.
또한 LM317T는 최소 부하 전류가 10mA보다 크면 부하 조절이 매우 우수합니다. 따라서 1.25V의 일정한 기준 전압을 유지하려면 피드백 저항 R1 의 최소값은 1.25V/10mA = 120Ω 이어야 하며 이 값의 범위는 120Ω ~ 1,000Ω이며 일반적인 R1 값은 약 220Ω ~ 240Ω입니다. 좋은 안정성을 위해.
필요한 출력 전압 Vout 의 값을 알고 피드백 저항 R1이 240Ω이라고 하면 위 방정식에서 저항 R2 의 값을 계산할 수 있습니다. 예를 들어 원래 출력 전압 9V는 R2 에 대해 다음과 같은 저항 값을 제공합니다 .
R1.((Vout/1.25)-1) = 240.((9/1.25)-1) = 1,488옴
또는 1,500Ω(1k5Ω)을 가장 가까운 기본 값으로 설정합니다.
물론 실제로는 저항 R1 과 R2가 일반적으로 가변 전압 전원 공급 장치를 생성하기 위해 전위차계로 대체되거나 여러 개의 고정 출력 전압이 필요한 경우 여러 개의 전환된 사전 설정 저항으로 대체됩니다.
그러나 특정 전압을 원할 때마다 저항 R2 의 값을 계산하는 데 필요한 수학을 줄이기 위해 E24 저항 값 을 사용하여 저항 R1 및 R2 의 다양한 비율에 대한 레귤레이터 출력 전압을 제공하는 아래 표시된 표준 저항 표를 사용할 수 있습니다. .
저항 R1 대 R2의 비율
| R2 가치 |
저항 R1 값 | ||||||||
| 150 | 180 | 220 | 240 | 270 | 330 | 370 | 390 | 470 | |
| 100 | 2.08 | 1.94 | 1.82 | 1.77 | 1.71 | 1.63 | 1.59 | 1.57 | 1.52 |
| 120 | 2.25 | 2.08 | 1.93 | 1.88 | 1.81 | 1.70 | 1.66 | 1.63 | 1.57 |
| 150 | 2.50 | 2.29 | 2.10 | 2.03 | 1.94 | 1.82 | 1.76 | 1.73 | 1.65 |
| 180 | 2.75 | 2.50 | 2.27 | 2.19 | 2.08 | 1.93 | 1.86 | 1.83 | 1.73 |
| 220 | 3.08 | 2.78 | 2.50 | 2.40 | 2.27 | 2.08 | 1.99 | 1.96 | 1.84 |
| 240 | 3.25 | 2.92 | 2.61 | 2.50 | 2.36 | 2.16 | 2.06 | 2.02 | 1.89 |
| 270 | 3.50 | 3.13 | 2.78 | 2.66 | 2.50 | 2.27 | 2.16 | 2.12 | 1.97 |
| 330 | 4.00 | 3.54 | 3.13 | 2.97 | 2.78 | 2.50 | 2.36 | 2.31 | 2.13 |
| 370 | 4.33 | 3.82 | 3.35 | 3.18 | 2.96 | 2.65 | 2.50 | 2.44 | 2.23 |
| 390 | 4.50 | 3.96 | 3.47 | 3.28 | 3.06 | 2.73 | 2.57 | 2.50 | 2.29 |
| 470 | 5.17 | 4.51 | 3.92 | 3.70 | 3.43 | 3.03 | 2.84 | 2.76 | 2.50 |
| 560 | 5.92 | 5.14 | 4.43 | 4.17 | 3.84 | 3.37 | 3.14 | 3.04 | 2.74 |
| 680 | 6.92 | 5.97 | 5.11 | 4.79 | 4.40 | 3.83 | 3.55 | 3.43 | 3.06 |
| 820 | 8.08 | 6.94 | 5.91 | 5.52 | 5.05 | 4.36 | 4.02 | 3.88 | 3.43 |
| 1000 | 9.58 | 8.19 | 6.93 | 6.46 | 5.88 | 5.04 | 4.63 | 4.46 | 3.91 |
| 1200 | 11.25 | 9.58 | 8.07 | 7시 50분 | 6.81 | 5.80 | 5.30 | 5.10 | 4.44 |
| 1500 | 13.75 | 11.67 | 9.77 | 9.06 | 8.19 | 6.93 | 6.32 | 6.06 | 5.24 |
2kΩ 전위차계용 저항 R2를 변경하여 PSU 벤치 전원 공급 장치의 출력 전압 범위를 약 1.25V에서 최대 출력 전압 10.75(12-1.25)V까지 제어할 수 있습니다. 그러면 최종 수정된 가변 전원 공급 장치 회로가 아래와 같습니다.
가변 전압 전원 공급 회로
전류계와 전압계를 출력 단자에 연결하여 기본 전압 조정기 회로를 좀 더 개선할 수 있습니다. 이 계측기는 가변 전압 조정기의 전류 및 전압 출력을 시각적으로 표시합니다. 그림과 같이 추가 단락 보호를 제공하기 위해 원하는 경우 신속 작동 퓨즈를 설계에 통합할 수도 있습니다.
LM317T의 단점
전압을 조절하기 위해 가변 전압 전원 공급 장치 회로의 일부로 LM317T를 사용할 때의 주요 단점 중 하나는 조절기 전체에서 최대 2.5V가 열로 떨어지거나 손실된다는 것입니다. 예를 들어 필요한 출력 전압이 +9V인 경우 출력 전압이 최대 부하 조건에서 안정적으로 유지되려면 입력 전압이 12V 이상이어야 합니다. 레귤레이터 전체의 이러한 전압 강하를 "드롭아웃"이라고 합니다. 또한 이러한 드롭아웃 전압으로 인해 레귤레이터를 냉각 상태로 유지하려면 일종의 방열판이 필요합니다.
다행스럽게도 최대 부하에서 0.9V에 불과한 낮은 드롭아웃 전압을 갖는 National Semiconductor의 "LM2941T" 저드롭아웃 가변 전압 레귤레이터와 같은 저드롭아웃 가변 전압 레귤레이터를 사용할 수 있습니다. 이 낮은 드롭아웃에는 비용이 듭니다. 이 장치는 5~20V의 가변 전압 출력으로 1.0A만 전달할 수 있기 때문입니다. 그러나 이 장치를 사용하면 입력 전압보다 약간 낮은 약 11.1V의 출력 전압을 제공할 수 있습니다.
요약하자면, 이전 튜토리얼에서 기존 PC 전원 공급 장치로 만든 벤치 전원 공급 장치는 LM317T를 사용하여 전압을 조절함으로써 가변 전압 전원 공급 장치를 제공하도록 변환될 수 있습니다. 이 장치의 입력을 PSU의 +12V 노란색 출력 와이어에 연결하면 고정 +5V, +12V 및 최대 출력 전류 1.5A에서 약 2~10V 범위의 가변 출력 전압을 모두 가질 수 있습니다.