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[导读]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。

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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

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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

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