三端子レギュレータLM317、LM337を使用した両電源基板の製作

自作基板
lm317_lm337_power_supply
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はじめに

オーソドックスな可変型三端子レギュレータLM317、LM337を使用した両電源(正負電源)基板です。

ちょっとしたオペアンプ回路とかに必要ですが、いざ作るとなると面倒くさい・・・ なので、基板を製作してなるべく簡単に作れるようにしました。

基板設計はKiCAD、製造はElecrowに発注しました。

回路図

回路図
回路図

今回は製作を進めているLM1972の電子ボリュームに使用するのを想定して、±5V出力で製作してます。
多回転型の可変抵抗RV1、RV2で±それぞれの出力電圧を微調整します。

回路・定数はほぼデータシート通りです。

また、DC入力と、トランスの2次側を接続するAC入力の2種類を設けました。

部品リスト

種類参照名数量数値・仕様形状・フットプリント購入先例
(通販コード)
抵抗R1, R44220Ω
Vout:5V仕様時
アキシャルリード
(DIN0207)
1/4Wサイズ
秋月電子
R-03359
抵抗R2, R34470Ω
Vout:5V仕様時
(R2+RV1=660Ω)
アキシャルリード
(DIN0207)
1/4Wサイズ
秋月電子
R-03367
抵抗R5, R62220Ω1608サイズ秋月電子
R-13833
可変抵抗RV1, RV221kΩ
Vout:5V仕様時
Bourns_3296Wタイプ秋月電子
P-12700
コンデンサC1, C2,
C13,C14,
C15, C16
6例:2200μF、35V電解コンデンサ
直径:10~18mm
ピッチ2.5~7.5mm
秋月電子
P-08427
コンデンサC3, C4,
C11,C12
40.1uFフィルムコンデンサ
D9.0mm_W5.0mm
_P5mm
秋月電子
P-09790
コンデンサC5, C620.01uFフィルムコンデンサ
D6.0mm_W2.5mm
_P5.00mm
秋月電子
P-05327
コンデンサC7, C8210u以上
例:220μF,35V,105℃
ルビコンZLH
電解コンデンサ
直径:6.3mm
ピッチ2.5mm
秋月電子
P-11758
コンデンサC9, C10,
C17,C18
40.1u
※C3,C4,C11,C12
を面実装とする場合
1608サイズ秋月電子
P-13374
ダイオードD1, D3,
D2, D4
4整流ダイオード
例:1N4007G
DO-41(DO-204AL)
P12.7mm
秋月電子
I-13561
ダイオードD5, D7,
D8, D6
4GS1010FL
レギュレータの
保護ダイオード
SOD-123FL秋月電子
I-06014
LEDD9, D102OSHR1608C1A
赤色、OptoSupply
1608サイズ秋月電子
I-03978
三端子レギュレータICU11LM317T-DG
(正電源)
TO-220-3秋月電子
I-09713
三端子レギュレータICU21LM337SP
(負電源)
TO-220-3秋月電子
I-07218
リセッタブルヒューズF1, F2,
F3
3MR-F050
(Bourns)
0.5A、1Aで遮断
耐圧60V
秋月電子
P-12628
ヒートシンクHS1,
HS2
220PB020_
W20D20H25
秋月電子
P-05054
ターミナルブロックJ1, J2,
J3
3汎用端子台3pin_5.08mmピッチ秋月電子
P-01307
放熱シート2CW-3
(マックエイト、
サーコン)
TO-220用秋月電子
P-12791
プラスチックネジ2M3×12mm3mmプラネジ
+六角ナットセット
秋月電子
P-02743

※上記は例として部品をリスト化しています。下記の製作例では家に転がっていた別の部品を使用している可能性がありますので、ご了承ください。

基板レイアウトと完成予想3D

KiCADの3D表示:C面側
KiCADの3D表示: S面側

KiCADで3D表示したものです。部品有り無しで表示出来ます。いきなり基板を起こすので、完成イメージが見れるのは便利ですね。

自分で作ったフットプリントなど、一部3Dデータが無いので表示されてませんが、ちゃんとモデルを作ってれば後述する間違いに気づけたかもしれません。

C面:部品配置図
S面:部品配置図

届いた基板

届いた基板、Elecrowで製作

レジストの色は青で注文してみました。

今回はシルクが少し滲んでいます。あと少しレジストが剥がれている基板も入ってました。まあ10枚注文して+2枚余分に入ってたので気にしないことにしましょう。

レジスト剥がれ(はんだレベラーはされているのでその前の工程でついたんでしょうか)
レジスト剥がれ(これもはんだレベラー済みなので輸送時の擦れではなさそう)
レジスト割れ?糸くず的なものを内包?

今回のやらかし点

いきなり基板を起こすとあとでこうしておけば良かった、、、ってのが必ず出てきますね。次に頼む機会があれば直したいと思うので下記に書いておきます。

①ダイオードD7、D8の配線を間違えてGND⇔Vout間に繋いでました。(上の回路図は修正済み、3D図は直ってないので注意してください。)ここにあっても問題ないとは思いますが、本来は抵抗R1間・R4間に接続したかったです。

間違えた回路図。D7はR1間に接続したかった…

このダイオードは、出力側の電圧が何らかの原因で0になった時に、コンデンサC7、C8の電荷がLM317、LM337のADJ端子を通って放電して壊れるのを防ぐためのものです。データシートによると、C7・C8が22μF以下なら要らん!と書いてあります。今回は100μFを付けたのであった方がいいですね・・・ということで裏面に無理やり取り付けました。

②ヒートシンクのサイズを間違えました。

秋月電子で売っている「20PB020」を使用するつもりでフットプリントを作りましたが、取り付け穴が何故か間違えて「16PB017」になってました。一回りサイズが小さいですが今回はこれで製作してます。

③電解コンデンサがでか過ぎました。

基板のサイズを秋月電子で売ってるユニバーサル基板のサイズに合わせよう、ということで、Cタイプ(72mm×47mm)で作ろうとしましたが即諦め、Bタイプ(95mm×72mm)に合わせて設計しました。そのため、ゆとりのある基板サイズで出力の電解コンデンサも直径φ18のサイズが正負各2つまで取り付け可能な仕様になってます。

今回は直径大き目でロープロファイルなルビコンWXAシリーズを使用してみましたが、用途的に2200μF×2は大きすぎですね。

④AC入力のマイナス側にヒューズ(ポリスイッチ)を入れ忘れた…安全のため一次側には必ず入れましょう。

⑤面実装LEDの向きが分かり難かったので、ダイオードのマークを入れてみましたが、小さすぎて潰れてしまいました。(辺0.6mm)これも次回から大きくします。

KiCAD上のシルク
実際の基板のシルク(小さすぎて潰れてます)

⑥このサイトのURLをQRコードで入れてみましたが、なかなか認識してくれないです。滲みの影響もあると思いますが、次回からはもっと大きくしてみます。
QRコードの入れ方については下記の記事にまとめてみました。

【追記】修正版の基板

これらのミスを修正したバージョンの基板を作りましたので、参考までに見てください。

組み立て後の写真

組み立て後の写真:C面

部品を取り付けるとそれっぽくなってきてテンションが上がりますね。やっぱり電子工作は楽しいです。

一応三端子レギュレータとヒートシンクも絶縁してますが、ヒートシンクと基板とのショートが気になる心配性なので、カプトンテープで絶縁しています。(その割には雑ですが…)

追加で付けたダイオードは裏面にあります。

組み立て後の写真:S面(追加のダイオードにテープを巻いています)

動作確認

出力電圧を見ながら可変抵抗RV1、RV2を回して電圧を調整します。多回転タイプのため、かなり微妙な調整もできます。オシロで波形も見てみましたが発振はしてなさそうです。

取りあえず±5Vに調整完了!評価については…また追って公開します。


簡単ですが、中華製の電子負荷DL24の確認ついでに動作確認した時の様子を下記に記載しています。

参考リンク

これを言ったら元も子も無いですが、やっぱり中華基板を買ったほうが安いし速いんじゃね?という人のためのリンクです。

修正版の基板を製作したのでこちらも参考までに。

自作基板電子工作
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