满足各种条件的 DIY 电源

来源：Digi-Key
作者：Clive "Max" Maxfield

我有一个朋友（别笑了，这是真的！）。我们都叫 Joe（这是他的名字）。说实话，我已经不记得我们是怎么认识的了，只记得是通过互联网。今天早些时候，当我写下这些文字时，我正和 Joe 在通过电子邮件聊这个话题。Joe 说他有日期从 2006 年 4 月开始的邮件，但这些邮件显示我们已经在进行讨论了，所以我们确定我们被介绍相互认识的时间为 2005 年 4 月 1 日。这就是说，只要再过三年，我们就认识对方 20 年了（戴上我们的派对帽）。除此以外，这让我想到我现在最亲密的朋友中，有很大一部分是通过互联网认识的，这无疑会引发人们的思考。

你看过由 Queen Latifah 主演的电视剧连续剧 The Equalizer（伸冤人） 吗，她在剧中饰演 Robyn McCall？她在剧中的一个朋友就是 Harry Keshegian（由 Adam Goldberg 饰演）。Harry 是一名黑客高手，住在被遗弃的地铁站地下。因为我是看着《蝙蝠侠和罗宾》长大的，所以我一直认为那里是他的“蝙蝠洞”。是这样，Joe 就是象 Harry 的英国人，白天几乎不出门，住在剑桥郊外的一个田园小村庄里，他在那里通过远程通信从事他的全职（白天）工作，作为伦敦急救车服务的高级软件和硬件工程师。在晚上（经常是通宵达旦），Joe 创造了你从未见过的、简直能惊掉下巴的 thingamajigs 和 thingamabobs。

我之所以在这里啰里啰嗦说一大堆，是因为就像 Robin 遇到问题时向 Harry 求助一样，我也向 Joe 求助。比如几周前我接受了一个有趣的项目。该项目涉及到使用老旧的 8 位 PIC 微控制器，如 Microchip Technology 的 PIC16F18346-I/P。

我可能会在以后的博客中向你讲述我在 PIC 方面的冒险故事。但是，目前我们还有其他事儿要做。我的问题是，除了对这些小玩意儿进行编程之外，需要对它们进行一系列测试。反过来，这要求我创建一块带有 20 针 DIL 零插入力 (ZIF) 插座的定制电路板，如 3M 的 222-3343-00-0602J。此外还有一堆其他东西，如 DIP 开关、1P12T 旋转开关、我的示波器探头端子等好多东西（如果你真的不那么幸运，就会在我以后的博客中看到这块电路板）。

Joe 多才多艺，他是一名 PIC 大师（甚至可能拥有 PIC 技术的黑带），所以我们进行了一次 Zoom 通话（一种通话软件） ，以征求他的意见。我们愉快地交谈了一个小时左右，反复讨论各种想法，然后休息了一天。你可以想象第二天早上我是多么何惊喜，因为我发现 Joe 已经决定构建 PC 板设计，“只是因为”。

而在这个角落里...

当 Joe 给我看电路板的原理图和布局时（再次感谢 Zoom 的神奇功能），他随口说了一句：“这个角落里的这个区域是我的标准电源电路。”当我问及更多细节时，Joe 解释说他决定在 5 V 和 3.3 V 下测试 PIC 是一个好主意，所以他接通了在他在许多设计中使用的一个成熟可靠的电路。

Joe 告诉我，他从不使用 USB 给他的作品供电，因为“你无法确定是否有稳定的 5 V 电压”。他还解释说，自从有人对他说谎后，他就不相信那些人所说的内部连接器上有 +Ve，外部连接器上有 0 V（地）的电源了。说实话，这让我想起了我曾经购买的一对不错的电脑音箱，由于发生了有点类似的情况，这对音箱就烟消云散了。由于以上原因，他构建了自己的电路，可接收交流或直流 7 V 至 25 V 输入（直流时可以是任何极性）。反过来，这个电源提供稳定的 5 V 和 3.3 伏 直流输出，为他的小工具和小玩意儿供电。

我觉得这是个很好的主意，以致于我问他是否可以把这块板子分离出来，供其他爱好者（比如你）用于他们自己喜欢的项目。你可能已经猜到了，第二天早上我发现 Joe 已经把这个设计发送到我的邮箱了，并同意我把这个设计分享给任何感兴趣的人。

感受这种电源

Joe 的电源装置 (PSU) 电路图如图 1 所示。乍一看，你可能认为这没有什么革命性意义。然而，你了解越深入，你就越会意识到这里面有很多的思考。例如，PC 板是单面的，因此如果爱好者愿意，他们甚至能够在家里制作电路板，（Joe 还向那些更愿意采用专业制作工艺的人友情提供设计文件）。


图 1：PSU 的电路图乍一看很简单，但却花了很多心思，比如 PC 板设计文件是单面的。这样，爱好者就能在家里自己制作电路板。（图片来源：Joe Farr）

为了讨论元器件，我们还需要考虑如图 2 所示的布局。我们首先从电源连接器 SK1 开始。该连接器可以是任何封装合适的 PC 板筒形连接器。根据我现有的 wall wart 电源，我通常会使用 2.1 mm 版本，如 Tensility International Corp 的 54-00166。另外，你也可以简单地将电源的电线焊接到电路板的焊盘“a”和焊盘“b”上。


图 2：使用丝网上标明的元器件值、类型和位置（例如，显示稳压器 IC2 连接至焊盘/vias IC2a），PSU 采用 7 V 至 25 V交流或直流电作为输入，提供稳定的 5 V 和 3.3 V 输出。然而，通过改换某些元器件（例如，将不同类型的稳压器连接到焊盘/vias IC2b），可以实现各种电压组合。（图片来源：Joe Farr）

对于输出连接器 SK2，Molex 的五针版本是理想之选，因为通过这款连接器你可以很容地将电路板与项目中其他部分的连接断开。不过，你可以使用任何具有 0.1"(2.54 mm) 标准间距的五针连接器，或者焊接针座引脚，甚至将导线直接焊接到 PC 板上。

在考虑 BR1 时，可以使用工作电压至少为 50 V、额定电流至少为 1 A 的任何桥式整流器（始终略高于电路板的最大总负载）。

就我们这个设计的具体实施而言，我们需要一个由 IC1 产生的 5 V 输出和一个由 IC2 产生的 3.3 V 输出。IC1 所用的器件来自 Joe 的备件宝库中的 7805（我们采用的零件类似于 onsemi 的 MC7805ACTG）。就 IC2 而言，可按照丝网上反映的原始设计，采用指定的 LD1117V33 LDO（低压差）稳压器，如 STMicroelectronics 的 LD1117V33。如图 3 右侧所示。该图给出了成品 PSU。


图 3：成品 PSU。“d” 和“e”（中间）之间的跳线意味着 IC2 的输入由 IC1 的输出驱动（见下文注释）。连接“f”和“i”的限流电阻 (R1) 意味着 LED1 由 IC2 的输出供电，从而说明电源链上的所有部分（BR1、IC1 和 IC2）都在发挥作用。（图片来源：Joe Farr）

电容 C1 是一个 470 (μF) 电解器件，其额定电压必须高于预期的最大电路板输入电压（我们使用的是 35 V 零件）。至于电容器 C2 和 C3，几乎任何工作电压高于 35 V 的 100 nF 电容器都可以使用。关于电容 C4，如果 IC2 采用 LD1117V33 稳压器，那么 10 μF/16 V 的电容是最理想的。但是，如果 IC2 采用 78xx 稳压器（也可参见下文关于稳压器的讨论），这个电容应该换成另一个与 C2 和 C3 相同的 100nF 电容。

LED1 是任何一款 5 mm 或 3 mm 发光二极管 (LED)，其正向电压约为 2 V 。限流电阻 R1 的额定功率为为 0.25 W，这取决于将来采用什么样的输出电压来驱动 LED（见下文讨论）。

需要思考的关键点

稳压器的工作原理是获取输入电压并将其降低，以匹配为其指定的输出电压。如果此处使用稳压器，则输入和输出电压之间的差异将以热量的形式消散，即稳压器将发热严重。为了最大限度地减少热耗散，在设置输入电压时，因尽量使输入电压比与之连接的任何稳压器的输出电压高 3 V 左右。另外，当电路板的工作电压为直流时，要考虑到桥式整流器会使输入电压下降约 1 V。

一些稳压器具有连接设备输出引脚的金属安装图片，例如 LD1117V33 是这类稳压器中最好的。相比之下，78xx 稳压器的安装片与中心（地）引脚连接。

正如我们之前所讨论的，这里介绍的设计旨在提供 5 V 和 3.3 V 输出，但根据需要可将该设计很容易地进行修改，以适应如 12 V 和 5 V 等其他电压组合。在这种情况下，用于 IC1 的稳压器可以是任何 78xx 类型的的稳压器（不要尝试在这块板上使用 79xx 系列稳压器，因其引脚不同）。

对于 IC2，我们有两个选择。正如上文已经讨论过的，原始设计中使用了 LD1117V33 3.3 V 稳压器。这些稳压器应该使用 IC2a 焊盘，因为相比更常见的 78xx 系列器件，它们采用了不同的引脚布局。如果希望使用 78xx 作为第二个稳压器，那么应该使用标有 IC2b 的焊盘。

稳压器 IC1 始终由桥式整流器和电容 C1 的输出直接馈电。相比之下，根据你的要求，驱动稳压器 IC2 的可能性有两种。如果你愿意，它可以直接从桥式整流器供电（安装跳线 “c”到“e”）。或者，可以从 IC1 的输出端为其供电（安装跳线“d”到“e”'）。如果 IC1 的输出电压高于 IC2 所需的最低输入电压，后一种选择会很有用，我就采用的就是这种方法。这将减少发热，但前提是假定稳压器 IC1 足以为你的电路以及稳压器 IC2 提供电源。

如果 LED1 的限流电阻 R1 连接在“f”和“g”'之间，LED 将由桥式整流器 BR1 的输出供电。如果 R1 连接在“f”和“h”之间，它由 IC1 的输出供电。如果 R1 连接在“f”和“i”之间，它将由 IC2 的输出供电。根据施加在 LED 的输入电压，需要调整 R1 的电阻值以达到合理的亮度。以大约 10 mA 目标，在不给 LED 造成压力的情况下达到满意的亮度，一些针对不同电压的电阻值建议如下：3.3 V = 150 Ω，5 V = 330 Ω，12 V = 1 KΩ，15 V = 1.2 KΩ。

结语

好了，你已经了解这类电源了。这可能不是一个太空时代应该有的 Jetson-sque PSU，虽附带了不少零碎的东西，但是一块不错的 DIY 小工作板，可满足很多家庭项目的要求。我打算保留一批这样的电源以及一系列稳压器，准备在以后的项目中付诸实践。你怎么看？最后还是那句话，随时欢迎你们提出各种意见、问题和建议。