適合所有環境的 DIY 電源供應器單元

我有一個朋友 (別懷疑，我還是有朋友的！)讓我們叫他喬 (這是他的本名)。老實說，我已經忘了我們如何認識，但我知道是透過網際網路。今天稍早，我在寫下這段文字時，喬和我正在電子郵件上聊著相同的話題。關於這點，喬說他的電子郵件記錄可以追溯到 2006 年 4 月，但當時已經有了一些討論，因此我們決定將認識彼此的日期定為 2005 年 4 月 1 日。這代表再短短三年，我們就認識二十年了 (慶祝一下吧)。除此之外，這讓我意識到我現在最親密的一些朋友大多從網際網路認識，這引起我的深思。

您看過由皇后·拉蒂法飾演羅賓·麥考的電視劇《私刑教育》 嗎？當中羅賓有一位朋友叫哈利·凱舍吉安 (由亞當·戈德堡飾演)。哈利是一名駭客大師，住在閒置的地下地鐵站，我從小看《蝙蝠俠與羅賓》長大，所以一直認為這就是他的「蝙蝠洞」。喬就相當於英國版的哈利；他很少現身在陽光下，住在劍橋郊外一個風光明媚的鄉下小村莊。他以遠端工作的形式在倫敦的 London Ambulance Service 擔任全職 (白天) 的資深軟硬體工程師。在晚上 (通常是一整晚)，喬會創造出一些前所未見的神奇玩意兒。

我之所以在這裡說這些，是因為羅賓在遇到問題時會求助於哈利，而我也會求助於喬。例如，幾週前，一個有趣的專案出現在我的辦公桌上。它涉及使用舊式 8 位元 PIC 微控制器，如 Microchip Technology 的 PIC16F18346-I/P。

我可能會在之後部落格中說說我與 PIC 的冒險故事。現在，我們還有更重要的事要說。我的問題在於，除了對這些小搗蛋鬼進行編程之外，還需要對它們進行一系列測試。因此，我需要打造一個具有 20 引腳 DIL 零插力 (ZIF) 插槽的客製板件，如 3M 的 222-3343-00-0602J，還有相關配件，如 DIP 開關、1P12T 旋轉開關、示波器的探頭端子等不勝枚舉 (這塊板件也有可能還會出現在之後的部落格文章中)。

喬有許多才能，包含 PIC 大師 (甚至可能擁有 PIC 技術的黑帶)，所以我開啟了一個 Zoom 通話，詢問他的意見。我們花了將近一個小時，來回激盪想法，然後結束了討論。第二天早上，當我發現喬「沒為什麼」就決定打造印刷電路板設計時，您能想像我有多驚訝與開心。

而在這個角落...

當喬帶著我逐步說明印刷電路板線路圖和佈局時 (再次感謝神奇的 Zoom)，他隨口評論：「這個角落是我的標準電源電路。」我在詢問更多細節時，喬解釋說他認為在 5 V 和 3.3 V 下測試 PIC 是個好主意，因此他放入他一個在許多設計中經過驗證的電路。

喬說，他從不使用 USB 為他的成品供電，因為「你無法確定確切的 5 V 電壓。」他還解釋道，他曾經上當，從此就不再信任宣稱內部連接器有 +Ve 及外部連接器上有 0 V (接地) 的電源供應器。老實說，這讓我想起我買過的一對相當好聽的電腦揚聲器，類似的事件，導致它突然冒煙。所有因素讓​​喬決定自行打造電路，以接受 7 到 25 V 交流電或直流電 (直流電可以是任一極性) 輸入。如此一來，該電源提供確定的 5 V 和 3.3 V 直流電壓，為他的小工具和小玩意供電。

我覺得這是一個絕妙的好主意。我問喬他這是否可以作為一個獨立板件，供其他愛好者 (如您) 自行用於興趣專案。您可能已經猜到，第二天早上，我在電子郵件收件匣中發現了這個設計：喬允許任何有興趣的人使用它。

感受力量

喬的電源供應器單元 (PSU) 的電路圖如圖 1。乍看之下，您可能會認為這並沒有什麼顛覆性。然而，越是深入瞭解就越會意識到裡面有很多想法。例如，印刷電路板是單面的，因此愛好者可以在家中自行製作 (喬還為希望將電路板交由專業製造的人士提供設計文件 )。

圖 1：PSU 的電路圖乍看之下很簡單，但其實花了不少心思。例如 PC 板設計文件是單面的，讓喜好者可以在家中自行製作。(圖片來源：喬·法爾)

為了討論組件，我們還需要看看如圖 2 所示的佈局。讓我們從電源連接器 SK1 開始；它可以是任何具有正確覆蓋區的印刷電路板筒型連接器。根據我現有的配接器耗材，我通常會使用 2.1 mm 的版本，例如 Tensility International Corp 的 54-00166。作為替代方案，您可以就將電源線焊接到印刷電路板上的焊盤「a」和「b」。

圖 2：使用絲印上指示的組件值、類型和佈局 (例如，穩壓器 IC2 顯示為連接到焊盤／通孔 IC2a)，PSU 接受 7 至 25 V 交流或直流輸入，得到確切的 5 V 和 3.3 V 輸出。然而，經由替換一些組件 (即將不同類型的穩壓器連接到焊盤／通孔 IC2b)，可以達成其他各種電壓組合。(圖片來源：喬·法爾)

至於輸出連接器 SK2，Molex 的五引腳版本最理想，因為它允許電路板與專案的其餘部分輕鬆斷開連接。但是，您可以使用任何具有標準 0.1 in (2.54 mm) 間距的五引腳連接器，或者焊接接頭引腳，甚至將電線直接焊接到印刷電路板上。

至於 BR1，可以使用任何工作電壓至少為 50 V 且額定電流至少為 1 A (必須略高於電路板的最大總負載) 的橋式整流器。

針對此設計的特定實作，需要由 IC1 生成的 5 V 輸出和由 IC2 生成的 3.3 V 輸出。我們用於 IC1 的組件是 7805，它是喬百寶箱中的備用零件 (我們使用的零件類似於 onsemi 的 MC7805ACTG)。IC2 在絲印上反映的原始設計指定為使用 LD1117V33 LDO (低壓降) 穩壓器，如 STMicroelectronics 的 LD1117V33。這顯示在圖 3 的右側，顯示 PSU 成品。

圖 3：PSU 成品。「d」和「e」 (中心) 之間的跳接線代表 IC2 的輸入由 IC1 的輸出驅動 (見以下註解)。在「f」和「i」之間連接限流電阻 (R1) 代表 LED1 由 IC2 的輸出供電，表示電源鏈的所有元件 (BR1、IC1、IC2) 都在運作。(圖片來源：喬·法爾)

電容 C1 是一個 470 µF 電解裝置，其額定電壓必須高於最大預期板輸入電壓 (在此使用 35 V 零件)。電容 C2 和 C3，則幾乎可以使用任何工作電壓大於 35 V 的 100 nF 電容。關於電容 C4，如果 IC2 是 LD1117V33 穩壓器，則 10 µF/16 V 電容最理想。但是，如果 IC2 使用 78xx 穩壓器 (請參閱以下穩壓器討論)，則應將此電容更改為另一個與 C2 和 C3 相同的 100 nF 電容。

LED1 是任何 5 mm 或 3 mm 發光二極管 (LED)，其順向電壓約為 2 V。限流電阻 R1 的值應為 0.25 W，取決於用於驅動 LED 的輸出電壓 (參見以下討論)。

相關思考點

穩壓器的運作方式為取得輸入電壓並將其降低以匹配指定的輸出電壓。此處使用的穩壓器，輸入和輸出電壓之間的差異會以熱量的形式消散，這代表穩壓器會變得非常熱。為了最大程度減少需要發散的熱量，請嘗試將輸入電壓設置為比連接到它的任何穩壓器輸出高約 3 V。此外，以 DC 執行電路板時，要考慮到橋式整流器將輸入電壓降低約 1 V。

部分穩壓器 (如 LD1117V33 即為典型的例子) 使用金屬安裝接片連接到裝置的輸出引腳。相比之下，78xx 穩壓器的安裝接片則連接到中心 (接地) 引腳。

正如我們所討論的，此處介紹的設計旨在提供 5 V 和 3.3 V 輸出，但可以根據需要輕鬆修改，以因應其他電壓組合，例如 12 V 和 5 V。在這種情況下，用於 IC1 的穩壓器可以是任何 78xx 型穩壓器 (由於引腳配置不同，千萬不要嘗試在此板的任何位置使用 79xx 系列穩壓器)。

IC2 有兩種選擇。正如我們已討論過，原始設計使用 LD1117V33 3.3 V 穩壓器。這些穩壓器應使用 IC2a 焊盤，因為與更常見的 78xx 系列元件相比，具有不同引腳配置。如果您希望將 78xx 用於第二個穩壓器，則應使用標有 IC2b 的焊盤。

穩壓器 IC1 一向由橋式整流器和電容 C1 的輸出直接饋電。比較之下，根據您的要求，可用兩種方式驅動穩壓器 IC2。您可以直接從橋式整流器饋電 (將跳線「c」連接到「e」)。或者，可以從 IC1 的輸出饋電 (將跳線「d」連接到「e」)。如果 IC1 的輸出電壓高於 IC2 所需的最小輸入電壓，則可選擇第二種選項，如同我的實作。這將減少熱量，但前提是假設穩壓器 IC1 有足夠的能力為您的電路和穩壓器 IC2 供電。

如果 LED1 的限流電阻 R1 連接在「f」和「g」之間，則 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，將由 IC1 的輸出供電。如果 R1 連接在「f」和「i」之間，將由 IC2 的輸出供電。根據施加到 LED 的輸入電壓，需要調整 R1 電阻值以提供合理的亮度。目標為 10 mA 左右，能讓 LED 在不具有壓力的情況下提供良好的亮度。針對不同電壓的一些建議電阻值為：3.3 V = 150 Ω、5 V = 330 Ω、12 V = 1 KΩ、15 V = 1.2 KΩ。

結論

交給您去運用了。這可能不是一個有很多花哨功能的 PSU，但也是一個不錯的小型 DIY 主力板，可用於滿足許多家庭專案的要求。我計劃收藏一堆這些板件，以及一系列穩壓器，準備用於未來的專案。您有什麼想法呢？一如既往，歡迎您的意見、問題、建議。