Diseño de fuente de alimentación - Reguladores de voltaje múltiple

Estoy intentando diseñar una fuente de alimentación de CC de sobremesa para alimentar pequeños proyectos, placas de prueba, arduino, etc. Esta es una lista de lo que quiero de ella:

• Rieles de voltaje fijo para 24V, 12V, 9V, 5V y 3.3V
• Editar: Requisitos actuales: 1A estará bien, 2A estaré contento y cualquier lugar cercano al 3A completo que se ofrece desde el bloque de alimentación de la computadora portátil que estoy usando (ver a continuación) será genial.
• Carril de voltaje variable de ~ 0V a ~ 24V
• Modulación de ancho de pulso en el riel variable
• Panel de voltímetro en el riel variable
• LED indicador de encendido
• Puertos USB para cargar dispositivos USB
• (Otras cosas que no están relacionadas con esta pregunta, como los métodos seleccionables para tratar los picos de voltaje transitorios del uso de PWM para alimentar cargas inductivas, rangos de frecuencia PWM ajustables, etc.)

Usaré una fuente de alimentación para computadora portátil de 240 V CA a 24 V CC capaz de generar 3A.

Para producir los voltajes deseados, tengo la intención de utilizar un regulador de voltaje lineal para cada riel, cada uno de los cuales recibe una entrada de 24v del bloque de alimentación. A continuación se muestra una descripción general de mi configuración prevista.

El circuito PWM que usaré será alimentado por el riel de 12V. Los puertos USB saldrán del riel de 5V. El LED indicador de encendido (no mostrado) probablemente saldrá del riel de 3.3V.

Aquí están mis preguntas:

1. Supongo que los reguladores de voltaje deben estar en paralelo, cada uno tomando la entrada completa de 24 V, a pesar de que habrá una gran diferencia entre la entrada y la salida para algunos de ellos (por ejemplo, 24 V a 3.3 V). Pensé en ponerlos en serie para que la salida de 12 V del primer regulador alimentara al regulador de 9 V que alimentaría al regulador de 5 V y así sucesivamente, pero los circuitos de cada bloque regulador en mi diagrama anterior dividirían algo de corriente, dejándome con muy poca entrada máxima de 3 A para los rieles de voltaje más bajo. ¿Es esto correcto? También supongo que las mayores reducciones de voltaje necesarias para la disposición en paralelo como se muestra producirá más calor que en serie, pero cada regulador tendrá un buen disipador de calor gordo y todo estará encerrado en algo con al menos un ventilador o Dos y muchos agujeros para la ventilación.
2. El riel de voltaje variable se controlará con un potenciómetro en un regulador de voltaje variable (LM350). ¿Debo usar diferentes reguladores de voltaje fijo para mis rieles de voltaje fijo, o usar un LM350 para cada uno, y configurar sus salidas con resistencias fijas o potenciómetros?
3. Como el bloque de alimentación de la computadora portátil ya estoy usando salidas de 24v, ¿debo conectarlo directamente a un terminal de salida para mi riel de 24V, o también debería poner un regulador de voltaje allí? Idealmente, no tendría sentido regular de 24v a 24v, pero no estoy seguro de cuán confiable es el voltaje de una fuente de alimentación portátil. Ni siquiera estoy seguro de que pueda salir de un regulador exactamente lo que puso: debe haber una caída de voltaje en el camino. Si es necesario, ¿hay alguna otra manera de garantizar una salida constante de 24v?
4. Hace un tiempo vi un tutorial en el que alguien conectaba un voltímetro a una fuente de alimentación, pero las instrucciones mencionaban el uso de una batería de 9v y un relé para alimentar el voltímetro en lugar de extraer la energía directamente de la parte interna de la fuente de alimentación. ¿Debo hacer esto? No había ninguna razón dada en el tutorial que leí. Como se mencionó anteriormente, iba a extraer energía del riel de 12V.
5. ¿Falta algo que pueda considerarse esencial para el diseño de una fuente de alimentación? ¿Algún tipo de características de seguridad? El LM350 parece estar clasificado para 3A y tiene protección contra sobrecorriente incorporada. También agregaré fusibles a cada riel. ¿Será esto adecuado en el caso de un cortocircuito dentro de cualquier carga externa (por ejemplo, placa de circuitos mal cableada, etc.)

Estoy de acuerdo con otros en que los conmutadores son una mejor opción en términos de eficiencia, pero pueden ser algo complicados de manejar si no tienes experiencia, y puede haber muchos efectos extraños que no son inmediatamente obvios (hundimiento de precarga, frecuencias de latido , etc.) que pueden hacer la vida difícil. Suponiendo que haya descubierto su disipación de potencia y sepa cuánta corriente puede entregar cada riel, si los lineales funcionan para usted, quédese con ellos (al menos para la primera pasada).

Si está tratando de lograr una salida de onda cuadrada de amplitud variable en su riel ajustable, el corte puede introducir ruido en el riel principal de 24 V, que podría aparecer en los otros rieles. Es posible que desee tener un filtro LC entre el riel principal de 24 V y la entrada del regulador para proporcionar aislamiento de alta frecuencia, y probablemente necesitará capacitancia adicional en la salida del regulador ajustable (electrolítico a granel y cerámica de baja impedancia) si espera el bordes de onda cuadrados para ser afilados.

1, 5) Hay algunos peligros con su esquema.

La disipación de potencia en los reguladores lineales será

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

lo cual es significativo, especialmente para los rieles de menor rendimiento. Los reguladores tipo 78xx tienen protección térmica incorporada alrededor de 125 ° C y (sin disipador de calor) una resistencia térmica de unión al aire de 65 ° C / W. Su gestión térmica será un desafío.

Otro problema potencial: si el elemento de paso en serie en cualquiera de sus reguladores de bajo voltaje falla o se omite (en cortocircuito), presentará la entrada completa de 24 V a la salida. Esto podría ser catastrófico para la lógica de bajo voltaje. Debe proteger sus rieles de bajo voltaje con palancas SCR que pueden absorber suficiente corriente para poner el ladrillo de CC / CC en el límite de corriente y colapsar el riel de 24 V (también necesitarán grandes disipadores de calor). Es improbable que los fusibles sean una buena protección, ya que el ladrillo de 24 V probablemente no sea lo suficientemente rígido como para generar el necesario para quemar un fusible.$I^2 \cdot t$

2) Lo que sea que flota tu bote.

4) Los medidores no son grandes cargas. Solo usa uno de tus rieles.

3) Correcto: todos los reguladores tienen requisitos de altura libre. Si desea la salida máxima de 24 V, necesitará una conexión directa y tendrá que confiar en las protecciones intrínsecas que le proporcionará el ladrillo.

No ha mencionado los requisitos de salida actuales, pero el mayor problema que tendrá es la disipación de energía y le insto a que considere usar reguladores de conmutación para 12V, 9V, 5V y 3V3 y, si es necesario, úselos para generar 13V, 10V, 6V, etc. y tienen reguladores lineales de baja caída (LDO) para llevar la caída al voltaje final que necesita.

Los beneficios son una disipación de calor significativamente menor en el diseño y mayores salidas de corriente, especialmente en 3V3 y 5V.

1) Los reguladores pueden estar en serie o en paralelo, pero será el regulador de 12V el que genere la mayor parte del calor si se usan registros lineales en serie. Si usa conmutadores, siempre que puedan operar con una entrada a 24 V +, entonces el paralelo probablemente sea mejor, PERO si encuentra un conmutador de 12 V realmente decente y activa los otros conmutadores / LDO de menor voltaje desde su salida, esto también funcionará.

2) Usaría conmutadores y LDO lineal (opcional)

3) Lo conectaría directamente

4) No entiendo este punto PERO tampoco veo colgar un medidor en la salida como un problema.

5) Agregue fusibles antes de los reguladores si es necesario, pero es probable que la mayoría de los reguladores tengan una protección contra sobrecorriente que se agregará fácilmente si no es intrínseca al dispositivo. Podría sentir la tentación de ejecutar el USB desde su propio circuito de 5V reg. También podría estar tentado a proporcionar un riel de -9V (o -12V o -5V) también.

EDITAR : probablemente pondría un LED en cada salida