Netzteildesign - Mehrere Spannungsregler

Ich versuche, ein Tisch-Gleichstromnetzteil für die Stromversorgung von kleinen Projekten, Steckbrettern, Arduino usw. zu entwerfen. Dies ist eine Liste dessen, was ich von ihm möchte:

• Feste Spannungsschienen für 24 V, 12 V, 9 V, 5 V und 3,3 V
• Bearbeiten: Aktuelle Anforderungen: 1A wird in Ordnung sein, 2A Ich werde zufrieden sein und überall dort, wo die volle 3A angeboten wird, wird der Laptop-Power-Brick, den ich verwende (siehe unten), großartig sein.
• Variable Spannungsschiene von ~ 0V bis ~ 24V
• Pulsweitenmodulation auf der variablen Schiene
• Voltmeterfeld auf der variablen Schiene
• Betriebsanzeige-LED
• USB-Anschlüsse zum Laden von USB-Geräten
• (Andere Dinge, die sich nicht auf diese Frage beziehen, wie z. B. auswählbare Methoden für den Umgang mit transienten Spannungsspitzen von der Verwendung von PWM zur Versorgung induktiver Lasten, einstellbare PWM-Frequenzbereiche usw.)

Ich verwende einen 240-V-Wechselstrom-zu-24-V-Gleichstrom-Laptop-Baustein, der 3A ausgeben kann.

Um die gewünschten Spannungen zu erzeugen, beabsichtige ich, für jede Schiene einen linearen Spannungsregler zu verwenden, wobei jeder 24-V-Eingang vom Power Brick erhält. Eine Übersicht über mein beabsichtigtes Setup finden Sie unten.

Die von mir verwendete PWM-Schaltung wird über die 12-V-Schiene mit Strom versorgt. Die USB-Anschlüsse werden von der 5-V-Schiene getrennt. Die Betriebsanzeige-LED (nicht gezeigt) wird höchstwahrscheinlich von der 3,3-V-Schiene abgezogen.

Hier sind meine Fragen:

1. Ich gehe davon aus, dass die Spannungsregler parallel geschaltet sind und jeweils den vollen 24-V-Eingang belegen, obwohl bei einigen von ihnen ein großer Unterschied zwischen Eingang und Ausgang besteht (z. B. 24 V bis 3,3 V). Ich überlegte, sie in Reihe zu schalten, damit der 12-V-Ausgang des ersten Reglers den 9-V-Regler speist, der den 5-V-Regler speist, und so weiter, aber die Schaltkreise der einzelnen Reglerblöcke in meinem obigen Diagramm würden einen gewissen Strom abtrennen und mich zurücklassen mit sehr wenig 3A max Eingang für die unteren Spannungsschienen. Ist das richtig? Ich gehe auch davon aus, dass die größere Spannungsreduzierung, die für die gezeigte parallele Anordnung erforderlich ist, mehr Wärme erzeugt als in Serie, aber jeder Regler wird einen schönen Fettkühlkörper haben und das Ganze wird in etwas mit mindestens einem Lüfter oder eingeschlossen sein zwei und viele Löcher für die Belüftung.
2. Die variable Spannungsschiene wird mit einem Potentiometer in einen variablen Spannungsregler (LM350) gesteuert. Sollte ich unterschiedliche Festspannungsregler für meine Festspannungsschienen oder jeweils einen LM350 verwenden und deren Ausgänge entweder mit Festwiderständen oder Trimmtöpfen einstellen?
3. Soll ich als Laptop-Baustein, den ich bereits für 24-V-Ausgänge verwende, das direkt an eine Ausgangsbuchse für meine 24-V-Schiene anschließen oder sollte ich dort auch einen Spannungsregler anbringen? Im Idealfall macht es keinen Sinn, 24V auf 24V zu regeln, aber ich bin mir nicht sicher, wie zuverlässig die Spannung von einem Laptop-Netzteil ist. Ich bin mir nicht mal sicher, ob Sie aus einem Regler genau das herausholen können, was Sie hineingesteckt haben - es muss ein Spannungsabfall auf dem Weg sein. Gibt es eine andere Möglichkeit, eine konstante 24-V-Ausgabe sicherzustellen?
4. Ich habe vor einiger Zeit ein Tutorial gesehen, in dem jemand ein Voltmeter an ein Netzteil angeschlossen hat, aber die genannten Anweisungen verwendeten eine 9-V-Batterie und ein Relais, um das Voltmeter mit Strom zu versorgen. Soll ich das machen In dem von mir gelesenen Tutorial wurde kein Grund angegeben. Wie oben erwähnt, wollte ich die 12-V-Schiene mit Strom versorgen.
5. Fehlt etwas, das für die Auslegung einer Stromversorgung als wesentlich angesehen werden könnte? Irgendeine Art von Sicherheitsmerkmalen? Der LM350 ist anscheinend für 3A ausgelegt und verfügt über einen integrierten Überstromschutz. Ich werde auch Sicherungen zu jeder Schiene hinzufügen. Ist dies ausreichend, wenn ein Kurzschluss innerhalb einer externen Last auftritt (z. B. schlecht verdrahtetes Steckbrett usw.)?

Ich stimme anderen zu, dass Umschalter in Bezug auf die Effizienz eine bessere Wahl sind, aber es kann etwas kompliziert sein, mit ihnen umzugehen, wenn Sie unerfahren sind, und es kann viele seltsame Effekte geben, die nicht sofort offensichtlich sind (Sinken der Vorladung, Schwebungsfrequenzen) usw.), die das Leben erschweren können. Angenommen, Sie haben Ihre Verlustleistung herausgefunden und wissen, wie viel Strom jede Schiene liefern kann. Wenn die Linien für Sie funktionieren, bleiben Sie bei ihnen (zumindest für den ersten Durchgang).

Wenn Sie versuchen, eine Rechteckwellenausgabe mit variabler Amplitude auf Ihrer einstellbaren Schiene zu erzielen, kann das Zerhacken Rauschen in die 24-V-Hauptschiene einbringen, das auf den anderen Schienen auftreten kann. Möglicherweise möchten Sie einen LC-Filter zwischen der 24-V-Hauptschiene und dem Reglereingang, um eine Hochfrequenzisolation zu gewährleisten. Wenn Sie dies erwarten, benötigen Sie möglicherweise eine zusätzliche Kapazität am einstellbaren Reglerausgang (elektrolytische Massen- sowie niederohmige Keramik) Rechteckwellenkanten scharf sein.

1, 5) Ihr Plan birgt einige Gefahren.

Verlustleistung in den Linearreglern werden

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

Dies ist insbesondere für die unteren Ausgangsschienen von Bedeutung. 78xx-Regler haben einen eingebauten Wärmeschutz bei 125 ° C und (ohne Wärmeableitung) einen Wärmewiderstand von 65 ° C / W. Ihr Wärmemanagement wird eine Herausforderung sein.

$I^2 \cdot t$

2) Was auch immer Ihr Boot schwimmt.

4) Meter sind keine gewaltigen Lasten. Verwenden Sie einfach eine Ihrer Schienen.

3) Richtig - Alle Atemregler haben Kopfraumanforderungen. Wenn Sie die maximale 24-V-Ausgangsspannung wünschen, benötigen Sie eine direkte Verbindung und müssen sich auf die Schutzfunktionen verlassen, die der Baustein für Sie bietet.

Sie haben die aktuellen Ausgangsanforderungen nicht erwähnt, aber das größte Problem, das Sie haben, ist die Verlustleistung. Ich möchte Sie dringend bitten, die Verwendung von Schaltreglern für 12 V, 9 V, 5 V und 3 V 3 in Betracht zu ziehen und diese gegebenenfalls zur Erzeugung von 13 V, 10 V zu verwenden. 6V usw. und haben Low-Drop-Out (LDO) -Linearregler, um den Abfall auf die von Ihnen benötigte Endspannung zu bringen.

Die Vorteile sind eine deutlich geringere Wärmeabgabe beim Design und höhere Stromleistungen, insbesondere bei 3V3 und 5V.

1) Regler können in Reihe oder parallel geschaltet sein, aber es ist der 12-V-Regler, der den größten Teil der Wärme erzeugt, wenn lineare Regler in Reihe verwendet werden. Wenn Sie Schalter verwenden, die mit einem Eingang von 24 V + betrieben werden können, ist eine Parallelschaltung wahrscheinlich besser, ABER wenn Sie einen wirklich anständigen 12-V-Schalter finden und die anderen Niederspannungsschalter / LDOs vom Ausgang abschlagen, funktioniert dies auch.

2) Ich würde Switcher und lineares LDO verwenden (optional)

3) Ich würde es direkt anschließen

4) Ich verstehe diesen Punkt nicht, aber ich sehe auch kein Problem darin, einen Zähler am Ausgang aufzuhängen.

5) Fügen Sie Sicherungen vor den Reglern hinzu, wenn Sie müssen, aber es ist wahrscheinlich, dass die meisten Regler einen Überstromschutz haben, der leicht hinzugefügt werden kann, wenn er nicht dem Gerät eigen ist. Ich könnte versucht sein, den USB-Anschluss über einen eigenen 5-V-Stromkreis zu betreiben. Ich könnte auch versucht sein, eine -9-V- (oder -12-V- oder -5-V-) Schiene bereitzustellen.

EDIT - Ich würde wahrscheinlich an jedem Ausgang eine LED anbringen