低成本DIY小配件，讓萬用表變身毫歐表(2)

hardball · 發表於 2025-3-17 22:21:19

接續上篇(100mA)，這次是LM317 1A試驗版

比起100mA版本，需要更多電阻承擔發熱
所以佈局面積大了不少，大概9*9cm
成品圖:

LM317 1A版本

毫歐電阻實測:
10毫歐電阻，R010，如圖:

LM317 1A_R010

5毫歐電阻，R005，如圖:

LM317 1A_R005

2毫歐電阻，R002，如圖:

LM317 1A_R002

核心料件成本保持在銅板價(不含運費)
1.LM317+散熱片
2.12個3W1R電阻
3.4個3W30R電阻
4.1個100R多圈可調電阻

---------------以下心得+閒聊---------------
之前100mA版本，有2個小毛病

1.微調時Vref極度不穩定，存在反向線性的問題(100mA)
說人話就是:
我要調大，你給我變小!?我要調小，你又給我變大!?
很難校準到100.00mA

在1A版本，就沒有這問題發生
1A版本微調影片:

最後的慢速微調，非常的順手

2.100mA版本，校準後的數值，穩定性差
校準後，開關機測試，讀值很不穩定，忽高忽低
高低落差大，基本上存在0.5%內的隨機誤差

而在1A版本，這毛病也沒了
1A版本穩定性測試影片:

校準後開始反覆開關機測試
開機==>等候數值穩定==>關機==>等候電流歸零

幾次測試結果，非常穩定，讀值幾乎都在1.0000A
隨著溫度增加，受到溫飄影響，電流會緩緩跌落
不要過度連續使用，誤差基本上在0.02%左右

以上2個毛病(100mA)，在1A時都沒了，非常穩定
或許LM317是為大電流設計的線性穩壓器(MAX 2.2A)
跑100mA是還沒睡醒!?

再來就是測試溫度、溫飄等狀況
(1)電阻溫飄，使用熱風槍對著外置電阻吹，目標100度，如圖:

LM317 1A_電阻100度溫飄+熱成像

+70度的情況下，誤差約0.7%，大致符合100ppm溫飄

(2)LM317溫飄，同樣用熱風槍吹到100度，如圖:

LM317 1A_LM317本體100度溫飄+熱成像

+70度的情況下，LM317溫飄大概是電阻的1/2

(3)校準後連續1A燒機1分鐘，如圖:

LM317 1A_校準後燒機1分鐘溫飄+熱成像

(4)校準後連續1A燒機3分鐘，如圖:

LM317 1A_校準後燒機3分鐘溫飄+熱成像

(5)校準後連續1A燒機10分鐘，如圖:

LM317 1A_校準後燒機10分鐘溫飄+熱成像

溫升確實比較大，主要還是散熱略有不足

雖然最高溫在LM317本身，但電阻溫度也沒比LM317低多少
加上之前測試結果，電阻溫飄影響2倍大
所以實際溫飄影響，電阻應該會略大於LM317

外部電阻分為3路(等效1.25歐)，如圖:

LM317 1A版本_3路電阻

R1:承擔主要發熱
1歐電阻12顆，4串3並，組成等效1.33333歐

R2:分擔小部分功率
30歐電阻1顆
(R1並R2，等效1.2766歐)

R3:細調環路，60歐 [30歐+(30歐並30歐)+100歐可調]
(R1並R2並R3=1.25歐)

至於R3(60歐)為何不用一個100R可調電阻就好?
因可調電阻可承受功率極低，溫飄大
60歐拆分為[45歐+15歐(可調)]，可調電阻發熱降低75%

由熱成像可以看到R3這路幾乎沒發熱，符合預期

LM317 Vin引腳端，輸入電容至少一大一小，22uf+100nf
如果要外接USB5V等開關電源，那就多加一些電容，減少紋波、開關噪聲影響
(我是使用100uf+22uf+100nf+10nf)
輸出端，也加上一大一小，22uf+100nf，增加測量時的穩定性
如果不加輸出電容，在測量電感DCR時，會產生異常

使用的散熱片規格(建議加大)，如圖:

LM317 1A_散熱片

電阻部分，如果加強散熱，目前想法是:
(1)R1: 1歐更換成(2歐並2歐)取代
規模翻倍，12顆(3W1歐)==>24顆(3W2歐)
熱密度減半，散熱表面積翻倍
採用3D的方式，高、低位交錯排列

(2)R2: 30歐改由(15歐+15歐)取代

(3)R3: 45歐改為(15歐+15歐+15歐)

嘗試加一個8cm風扇散熱，如圖:

LM317 1A_加8公分風扇

加了風扇，測試校準後1A燒機1分鐘，如圖:

LM317 1A_(風扇)校準後燒機1分鐘溫飄+熱成像

加了風扇，測試校準後1A燒機3分鐘，如圖:

LM317 1A_(風扇)校準後燒機3分鐘溫飄+熱成像

效果挺好的，加不加風扇就看個人的需求

而冷開機情況下，大概誤差3個字(0.03%)內，
稍微等待幾秒，等器件溫升到校準時溫度，會更精準
(如:1.0003A ==> 1.0000A)

使用上還有一點需要注意，就是線損
1A電流會進一步放大阻抗產生的壓差
造成量程降低，甚至電路異常

做個簡單實驗
在無負載時(僅測量電流)，測試"電源最低電壓"

電源改為可調電源，用細線鱷魚夾轉接過去
在無負載情況下，僅測量電流1A，且穩定
此時輸入電壓至少要3.69V，LM317的Vin引腳，已經降到3.50V，如圖:

LM317 1A_Vin電壓

輸入端線損，吃掉了0.19V

輸出端線損，吃掉了0.206V，如圖:

LM317 1A_ 輸出負載壓差

輸入(3.69V)=輸入線損(0.19V)+Vdrop+Vref(1.25V)+輸出線損(0.2065)
1A電流時，最低Vdrop=2.0435V

查一下data sheet:

LM317 Vdrop

1A電流，Vdrop約為2V
(買到的應該不是假貨...)

如果輸入線阻控制在100毫歐以內
那麼輸入電壓大於3.6V(保守值)才能開始測電流

以鋰電滿電算4.1V來說
3.6V +0.5V只能量到500毫歐(待測物)

使用USB5V，量程可以到1.4歐

所以需要注意一下線阻、接觸阻抗，以及輸入電壓(量程)

小於1毫歐的精度測試:
拿磁環電感的引腳測看看，線徑1.0mm，引腳長度7.13mm，如圖:

LM317 1A_1.0線徑電感_引腳長度