|
來源：Digi-Key 作者：Clive "Max" Maxfield 我有一個朋友（別笑了，這是真的！）。我們都叫 Joe（這是他的名字）。說實話，我已經(jīng)不記得我們是怎么認識的了，只記得是通過互聯(lián)網(wǎng)。今天早些時候，當我寫下這些文字時，我正和 Joe 在通過電子郵件聊這個話題。Joe 說他有日期從 2006 年 4 月開始的郵件，但這些郵件顯示我們已經(jīng)在進行討論了，所以我們確定我們被介紹相互認識的時間為 2005 年 4 月 1 日。這就是說，只要再過三年，我們就認識對方 20 年了（戴上我們的派對帽）。除此以外，這讓我想到我現(xiàn)在最親密的朋友中，有很大一部分是通過互聯(lián)網(wǎng)認識的，這無疑會引發(fā)人們的思考。 你看過由 Queen Latifah 主演的電視劇連續(xù)劇 The Equalizer（伸冤人） 嗎，她在劇中飾演 Robyn McCall？她在劇中的一個朋友就是 Harry Keshegian（由 Adam Goldberg 飾演）。Harry 是一名黑客高手，住在被遺棄的地鐵站地下。因為我是看著《蝙蝠俠和羅賓》長大的，所以我一直認為那里是他的“蝙蝠洞”。是這樣，Joe 就是象 Harry 的英國人，白天幾乎不出門，住在劍橋郊外的一個田園小村莊里，他在那里通過遠程通信從事他的全職（白天）工作，作為倫敦急救車服務的高級軟件和硬件工程師。在晚上（經(jīng)常是通宵達旦），Joe 創(chuàng)造了你從未見過的、簡直能驚掉下巴的 thingamajigs 和 thingamabobs。 我之所以在這里啰里啰嗦說一大堆，是因為就像 Robin 遇到問題時向 Harry 求助一樣，我也向 Joe 求助。比如幾周前我接受了一個有趣的項目。該項目涉及到使用老舊的 8 位 PIC 微控制器，如 Microchip Technology 的 PIC16F18346-I/P。 我可能會在以后的博客中向你講述我在 PIC 方面的冒險故事。但是，目前我們還有其他事兒要做。我的問題是，除了對這些小玩意兒進行編程之外，需要對它們進行一系列測試。反過來，這要求我創(chuàng)建一塊帶有 20 針 DIL 零插入力 (ZIF) 插座的定制電路板，如 3M 的 222-3343-00-0602J。此外還有一堆其他東西，如 DIP 開關、1P12T 旋轉(zhuǎn)開關、我的示波器探頭端子等好多東西（如果你真的不那么幸運，就會在我以后的博客中看到這塊電路板）。 Joe 多才多藝，他是一名 PIC 大師（甚至可能擁有 PIC 技術的黑帶），所以我們進行了一次 Zoom 通話（一種通話軟件） ，以征求他的意見。我們愉快地交談了一個小時左右，反復討論各種想法，然后休息了一天。你可以想象第二天早上我是多么何驚喜，因為我發(fā)現(xiàn) Joe 已經(jīng)決定構(gòu)建 PC 板設計，“只是因為”。 而在這個角落里... 當 Joe 給我看電路板的原理圖和布局時（再次感謝 Zoom 的神奇功能），他隨口說了一句：“這個角落里的這個區(qū)域是我的標準電源電路。”當我問及更多細節(jié)時，Joe 解釋說他決定在 5 V 和 3.3 V 下測試 PIC 是一個好主意，所以他接通了在他在許多設計中使用的一個成熟可靠的電路。 Joe 告訴我，他從不使用 USB 給他的作品供電，因為“你無法確定是否有穩(wěn)定的 5 V 電壓”。他還解釋說，自從有人對他說謊后，他就不相信那些人所說的內(nèi)部連接器上有 +Ve，外部連接器上有 0 V（地）的電源了。說實話，這讓我想起了我曾經(jīng)購買的一對不錯的電腦音箱，由于發(fā)生了有點類似的情況，這對音箱就煙消云散了。由于以上原因，他構(gòu)建了自己的電路，可接收交流或直流 7 V 至 25 V 輸入（直流時可以是任何極性）。反過來，這個電源提供穩(wěn)定的 5 V 和 3.3 伏 直流輸出，為他的小工具和小玩意兒供電。 我覺得這是個很好的主意，以致于我問他是否可以把這塊板子分離出來，供其他愛好者（比如你）用于他們自己喜歡的項目。你可能已經(jīng)猜到了，第二天早上我發(fā)現(xiàn) Joe 已經(jīng)把這個設計發(fā)送到我的郵箱了，并同意我把這個設計分享給任何感興趣的人。 感受這種電源 Joe 的電源裝置 (PSU) 電路圖如圖 1 所示。乍一看，你可能認為這沒有什么革命性意義。然而，你了解越深入，你就越會意識到這里面有很多的思考。例如，PC 板是單面的，因此如果愛好者愿意，他們甚至能夠在家里制作電路板，（Joe 還向那些更愿意采用專業(yè)制作工藝的人友情提供設計文件）。 
圖 1：PSU 的電路圖乍一看很簡單，但卻花了很多心思，比如 PC 板設計文件是單面的。這樣，愛好者就能在家里自己制作電路板。（圖片來源：Joe Farr） 為了討論元器件，我們還需要考慮如圖 2 所示的布局。我們首先從電源連接器 SK1 開始。該連接器可以是任何封裝合適的 PC 板筒形連接器。根據(jù)我現(xiàn)有的 wall wart 電源，我通常會使用 2.1 mm 版本，如 Tensility International Corp 的 54-00166。另外，你也可以簡單地將電源的電線焊接到電路板的焊盤“a”和焊盤“b”上。
圖 2：使用絲網(wǎng)上標明的元器件值、類型和位置（例如，顯示穩(wěn)壓器 IC2 連接至焊盤/vias IC2a），PSU 采用 7 V 至 25 V交流或直流電作為輸入，提供穩(wěn)定的 5 V 和 3.3 V 輸出。然而，通過改換某些元器件（例如，將不同類型的穩(wěn)壓器連接到焊盤/vias IC2b），可以實現(xiàn)各種電壓組合。（圖片來源：Joe Farr） 對于輸出連接器 SK2，Molex 的五針版本是理想之選，因為通過這款連接器你可以很容地將電路板與項目中其他部分的連接斷開。不過，你可以使用任何具有 0.1"(2.54 mm) 標準間距的五針連接器，或者焊接針座引腳，甚至將導線直接焊接到 PC 板上。 在考慮 BR1 時，可以使用工作電壓至少為 50 V、額定電流至少為 1 A 的任何橋式整流器（始終略高于電路板的最大總負載）。 就我們這個設計的具體實施而言，我們需要一個由 IC1 產(chǎn)生的 5 V 輸出和一個由 IC2 產(chǎn)生的 3.3 V 輸出。IC1 所用的器件來自 Joe 的備件寶庫中的 7805（我們采用的零件類似于 onsemi 的 MC7805ACTG）。就 IC2 而言，可按照絲網(wǎng)上反映的原始設計，采用指定的 LD1117V33 LDO（低壓差）穩(wěn)壓器，如 STMicroelectronics 的 LD1117V33。如圖 3 右側(cè)所示。該圖給出了成品 PSU。
圖 3：成品 PSU。“d” 和“e”（中間）之間的跳線意味著 IC2 的輸入由 IC1 的輸出驅(qū)動（見下文注釋）。連接“f”和“i”的限流電阻 (R1) 意味著 LED1 由 IC2 的輸出供電，從而說明電源鏈上的所有部分（BR1、IC1 和 IC2）都在發(fā)揮作用。（圖片來源：Joe Farr） 電容 C1 是一個 470 (μF) 電解器件，其額定電壓必須高于預期的最大電路板輸入電壓（我們使用的是 35 V 零件）。至于電容器 C2 和 C3，幾乎任何工作電壓高于 35 V 的 100 nF 電容器都可以使用。關于電容 C4，如果 IC2 采用 LD1117V33 穩(wěn)壓器，那么 10 μF/16 V 的電容是最理想的。但是，如果 IC2 采用 78xx 穩(wěn)壓器（也可參見下文關于穩(wěn)壓器的討論），這個電容應該換成另一個與 C2 和 C3 相同的 100nF 電容。 LED1 是任何一款 5 mm 或 3 mm 發(fā)光二極管 (LED)，其正向電壓約為 2 V 。限流電阻 R1 的額定功率為為 0.25 W，這取決于將來采用什么樣的輸出電壓來驅(qū)動 LED（見下文討論）。 需要思考的關鍵點 穩(wěn)壓器的工作原理是獲取輸入電壓并將其降低，以匹配為其指定的輸出電壓。如果此處使用穩(wěn)壓器，則輸入和輸出電壓之間的差異將以熱量的形式消散，即穩(wěn)壓器將發(fā)熱嚴重。為了最大限度地減少熱耗散，在設置輸入電壓時，因盡量使輸入電壓比與之連接的任何穩(wěn)壓器的輸出電壓高 3 V 左右。另外，當電路板的工作電壓為直流時，要考慮到橋式整流器會使輸入電壓下降約 1 V。 一些穩(wěn)壓器具有連接設備輸出引腳的金屬安裝圖片，例如 LD1117V33 是這類穩(wěn)壓器中最好的。相比之下，78xx 穩(wěn)壓器的安裝片與中心（地）引腳連接。 正如我們之前所討論的，這里介紹的設計旨在提供 5 V 和 3.3 V 輸出，但根據(jù)需要可將該設計很容易地進行修改，以適應如 12 V 和 5 V 等其他電壓組合。在這種情況下，用于 IC1 的穩(wěn)壓器可以是任何 78xx 類型的的穩(wěn)壓器（不要嘗試在這塊板上使用 79xx 系列穩(wěn)壓器，因其引腳不同）。 對于 IC2，我們有兩個選擇。正如上文已經(jīng)討論過的，原始設計中使用了 LD1117V33 3.3 V 穩(wěn)壓器。這些穩(wěn)壓器應該使用 IC2a 焊盤，因為相比更常見的 78xx 系列器件，它們采用了不同的引腳布局。如果希望使用 78xx 作為第二個穩(wěn)壓器，那么應該使用標有 IC2b 的焊盤。 穩(wěn)壓器 IC1 始終由橋式整流器和電容 C1 的輸出直接饋電。相比之下，根據(jù)你的要求，驅(qū)動穩(wěn)壓器 IC2 的可能性有兩種。如果你愿意，它可以直接從橋式整流器供電（安裝跳線 “c”到“e”）。或者，可以從 IC1 的輸出端為其供電（安裝跳線“d”到“e”'）。如果 IC1 的輸出電壓高于 IC2 所需的最低輸入電壓，后一種選擇會很有用，我就采用的就是這種方法。這將減少發(fā)熱，但前提是假定穩(wěn)壓器 IC1 足以為你的電路以及穩(wěn)壓器 IC2 提供電源。 如果 LED1 的限流電阻 R1 連接在“f”和“g”'之間，LED 將由橋式整流器 BR1 的輸出供電。如果 R1 連接在“f”和“h”之間，它由 IC1 的輸出供電。如果 R1 連接在“f”和“i”之間，它將由 IC2 的輸出供電。根據(jù)施加在 LED 的輸入電壓，需要調(diào)整 R1 的電阻值以達到合理的亮度。以大約 10 mA 目標，在不給 LED 造成壓力的情況下達到滿意的亮度，一些針對不同電壓的電阻值建議如下：3.3 V = 150 Ω，5 V = 330 Ω，12 V = 1 KΩ，15 V = 1.2 KΩ。 結(jié)語 好了，你已經(jīng)了解這類電源了。這可能不是一個太空時代應該有的 Jetson-sque PSU，雖附帶了不少零碎的東西，但是一塊不錯的 DIY 小工作板，可滿足很多家庭項目的要求。我打算保留一批這樣的電源以及一系列穩(wěn)壓器，準備在以后的項目中付諸實踐。你怎么看？最后還是那句話，隨時歡迎你們提出各種意見、問題和建議。 |
