基于 LM317 构建脉冲式降压转换器

这里有一项实用的方案：利用广受欢迎的 LM317 可调式线性电压调节器自制了一个降压转换器。

我们设计了一个超小型模块，该模块内嵌有一颗紧凑型的 DPAK LM317 晶体管，还搭配了一些表面贴装元件。此模块的最终目的是为一个 64×32 的 RGB P3 矩阵面板提供电源。

这个项目的构思源于对常用的 AMS1117 电源芯片的依赖性不足这一需求。经过一番研究，我们发现了 LM317 这款芯片，它在电子电路中被广泛应用。如果你拆开许多设备，就会经常发现它在里面。

在这个项目中，我们基于 LM317 开发了一个演示板/模块，本文将详细介绍整个构建过程。

所需材料

这些就是本项目所使用的组件：

•定制印刷电路板

•LM317 DPAK 封装形式

•10 微法 1206 电容

•1 微法 1206 电容

•1K 电阻器 1206 封装形式

•330 欧姆电阻器 1206 封装形式

•树莓派 PICO

•RGB 矩阵 P3 64x32 显示屏

•开关电源：240V 交流电转换为 12V 5A 电流

•LED 0805 封装形式

•10K 电阻器 0603 封装形式

•二极管 SS34

LM317

LM317 是一种可调节的线性稳压器，常用于从较高的直流电源中获取稳定的输出电压。其工作原理是通过在输出引脚和调节引脚之间保持恒定的 1.25V 参考电压，从而能够利用一对外部电阻精确设定输出电压。

这是一个三针式正电压调节器，能够在 1.25V 至 37V 的输出电压范围内提供超过 1.5A 的电流。

该设备仅需两个外部电阻即可设定输出电压，并且性能卓越，其典型线性调节范围为 0.01%，负载调节范围为 0.1%。

LM317 是一款功能极其强大的线性稳压器，可应用于众多领域。它可以被配置为标准电压调节器、电池充电的恒定电流源、跟踪预稳压器电路，甚至还能作为交流电压调节电路使用。

它还具备内置电流限制、过热保护以及安全工作区域保护功能，即使在故障情况下也能确保可靠性。即使调节针断开，过载保护功能仍能正常运行。通常情况下，除非设备远离输入滤波电容器放置，否则无需使用电容器。在这种情况下，建议添加输入旁路电容器。还可以选择添加一个输出电容器以改善瞬态响应，而通过跳过调节针则能进一步提高纹波抑制能力。

对于我们的电路设计，我们采用了 DPAK(TO-252)封装形式，这种封装方式既能保持设计紧凑，又能有效处理足够的功率。这种封装的一个主要优点是其较大的外露引脚(内部与输出相连)，可以直接焊接到 PCB 上的宽铜区域上。这实际上使 PCB 自身变成了一个散热器，有助于散发因 12V 电压降至 5V 时产生的热量。这种方法能够实现简洁、空间高效的设计，无需使用笨重的外部散热器，同时仍能保持良好的散热性能。

印刷电路板设计

我们首先为降压转换器板绘制了原理图。为此，我们参考了 LM317 数据手册，并设计了一个简单的原理图，其中包含了 LM317 的设置，即在调整引脚和 LM317 的输出引脚之间连接两个可调电阻。为了确保稳定性和减少噪声，我们在输入端添加了一个 10µF 的 SMD 电容，在输出端添加了一个 1µF 的电容，这有助于平滑波动并改善瞬态响应。我们还在输入和输出端额外添加了电容脚位，以防日后需要使用不同容量的电容。输出电压是通过电阻分压器(330Ω 和 1kΩ)来配置的，这能可靠地设定所需的电压。

在完成 PCB 电路图设计后，我们导出了数据并将其转换为 PCB 布局图。PCB 编辑过程首先是从 PCB 设计中添加所有组件开始的。本项目中我们使用了所有表面贴装元件，包括 1206 封装的电容、1206 封装的电阻以及 DPAK(TO-252)的 LM317。我们准备了一块尺寸为 20 毫米×30 毫米的小板，并将所有组件放置在这块板内。我们为 VIN、VOUT 和 GND 引脚添加了四个 CON1 端子，将它们放置在板边缘的两侧。右侧放置了两个用于输入的 CON1 焊盘，左侧放置了两个用于输出的 CON1 焊盘。

完成安装后，我们连接了所有的线路，并完成了电路板的布局。

在完成印刷电路板设计后，我们导出了格瑞伯文件以及数控钻孔文件，并将其与 NextPCB 共享，以便进行样品生产。

NextPCB 电路板服务

完成 PCB 设计后，PCB 的格柏数据被发送至总部的 NextPCB 公司，并且下单订购了带有白色丝印的蓝色焊膏板。

下单后，一周内就收到了印刷电路板，而且这些电路板的质量相当不错。

此外，我还得向您介绍一下总部设计与制造部门(HQDFM)，他们在众多项目中为我提供了极大的帮助。华秋的内部工程师开发了免费的“设计用于制造”软件(HQDFM)，彻底改变了电路板设计师对设计进行可视化和验证的方式。

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HQDFM：免费在线格伯视图器及设计文件管理分析工具

此外，NextPCB 还拥有自己的格柏查看器和设计规则检查分析软件。

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印刷电路板组装

我们开始进行印刷电路板组装流程，首先使用焊膏分配针将焊膏逐一涂抹到每个元件的焊盘上。这里我们使用的焊膏是 63/37 的锡铅焊膏。

然后，我们将每个表面贴装元件精确地放置到其正确的位置上。

然后将印刷电路板放置在回流加热板上，该加热板从下方开始加热，直至焊膏达到熔化温度。一旦印刷电路板达到该温度，焊膏就会熔化，所有组件都会固定在相应位置，从而完成印刷电路板的组装过程。

开关电源测试

在对我们的降压转换器进行初始测试时，我们使用了一个 240V 交流电至 12V、5A 的开关电源作为电源。我们将降压转换器的输入端(VIN)和地线(GND)连接到了该开关电源的 12V 输出端。

请注意，我们在此处使用的是交流电，因此建议在操作交流电源时要遵循适当的安全措施，并佩戴防护装备，比如手套等。

我们首先使用万用表测量了交流输入端子之间的电压，以确认电源模块输入端确实存在交流电压。

接下来，我们测量了降压转换器输入端的电压，其数值约为 12 伏。

最后，我们测量了降压转换器输出端的电压，其值约为 5 伏。这证明我们的装置运行正常。

树莓派 PICO 与 RGB P3 矩阵演示版

我们“布克”模块接下来要进行的测试是一个实际应用测试。

我们正在使用一块 64×32 的 RGB P3 矩阵板，它需要稳定的 5 伏、3 安的电源供应。该设备由树莓派 Pico 控制，并运行着我们移植的康威生命游戏程序，这对于演示环节来说非常合适。

代码

在将上述代码写入 Pico 后，我们将矩阵的 VCC 和 GND 端子与 LM317 降压转换器板的 VOUT 和 GND 端子连接起来。然后我们开启了 SMPS，整个设置便成功地开始运行了。

结论

本次构建的结论很简单：我们的 LM317 脉冲式降压转换器运行效果良好，能够与我们测试的矩阵设置配合使用。不仅该矩阵，该板的输出电压还可以通过改变 R1 和 R2 的值轻松调整，从而适用于多种应用场景。

本文编译自hackster.io