Zasilacz USB o zmiennym napięciu: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:26

Od jakiegoś czasu mam pomysł na zasilacz regulowany przez USB. Kiedy go zaprojektowałem, uczyniłem go nieco bardziej wszechstronnym, umożliwiając nie tylko wejście USB, ale wszystko od 3 VDC do 8 VDC przez wtyczkę USB lub przez gniazda wtykowe bananowe. Wyjście wykorzystuje typ gniazda, które można zobaczyć w brodawce ściennej i dwa gniazda wtykowe bananowe. Jeśli dodasz do niego 5 woltów, możesz zmienić wyjście od 1,3 wolta do 20 woltów lekko obciążonych niższymi napięciami do 200 mA. Z przodu znajduje się cyfrowy wyświetlacz, który wyświetla wolty i prąd płynący do obciążenia. Na powyższym zdjęciu dostarczam mini oscyloskop z 9 woltami przy 120 mA z 5 woltowego zasilacza USB z terminala USB laptopa.

Kieszonkowe dzieci:

Części

(1) Rezystor 240 omów, 1/4 wata

(1) rezystor 67 k, 1/4 wat

(2) 4,7 k rezystorów 1/4 wat

(3) rezystory 1 k, 1/4 wata

(3) Tranzystory 2N3904

(1) Mosfet IRF520 lub odpowiednik

(2) diody przełączające 1N914

(1) dioda 1N4007

(2) kondensatory ceramiczne 0,01 uF (schemat mówi 8 nF lub 0,008 uF, ale 0,01 uF jest łatwiejsze do uzyskania)

(2) Kondensatory elektrolityczne 10 uF, 50 woltów

(1) Kondensator elektrolityczny 470 uF 50 V

(1) Cewka indukcyjna 56 uH (w razie potrzeby może być nawinięta na mały toroid)

(1) garnek do przycinania 100 tys.

(1) potencjometr 5k 1/2 wat, stożek liniowy

(1) Układ scalony regulatora napięcia LM317 IC

(4) bananowce (męskie)

(1) standardowe gniazdo USB (męskie)

(1) moduł woltomierza cyfrowego amperomierza

(1) Obudowa

(1) Płyta perforowana lub prototypowa

(1) czarne pokrętło z napinaczem śrub

Rurki termokurczliwe

Różne kolory drutu przyłączeniowego

Złącza widełkowe (różne rozmiary)

Radiator i pasta silikonowa do LM317

Narzędzia

Lutownica, lut, klej topliwy, wiertło z wiertłami, różne śrubokręty, różne rodzaje małych szczypiec, multimetr i oscyloskop

Krok 1: Zdobywanie części

Celowo użyłem części, które są łatwe do znalezienia i mogą być odzyskane ze złomu z płytek elektronicznych. Układ scalony LM317 jest bardzo powszechny, a tranzystory 2N3904 są ogólnego przeznaczenia i można je zastąpić wieloma różnymi typami. Mosfet jest również bardzo powszechny i inne typy mogą być używane jako substytut, o ile substytutem jest N-kanałowy Mosfet i ma podobne oceny. Induktor nie jest krytyczny i można zastosować wiele w zakresie od 50 do 200 nH. W tym celu ratuję je ze zużytych płyt sterownika żarówek CFL. Można użyć dowolnego typu pudełka projektu. Miałem ten pod ręką, ale tańszy czarny idealnie się nadaje. Jeśli chodzi o korzystanie z płyty perforowanej, to mój osobisty wybór ze względu na łatwość, z jaką można dokonywać modyfikacji.

Krok 2: Teoria za obwodem

Powyższe zdjęcia przebiegu pokazują progresję przebiegu. Pierwsza pokazuje przebieg na wyjściu multiwibratora astabilnego w górnej części prawej diody 1N914. Drugi pokazuje kształt fali na bramce IRF520, a ostatni pokazuje kształt fali na źródle IRF520.

Obwód wykorzystuje dwutranzystorowy astabilny multiwibrator pracujący z częstotliwością 18 kHz. Wyjście fali prostokątnej jest pobierane z górnej części jednej z dwóch diod 1N914. Tranzystory to typowe 2N3904. Niskonapięciowa fala prostokątna jest wzmacniana przez inny tranzystor 2N3904, który jest polaryzowany w klasie C. Tranzystor wzmacnia wejściową falę prostokątną o współczynnik około 10, gdzie przechodzi przez kondensator elektrolityczny i potencjometr 100k przed przyłożeniem do bramki IRF520 Mosfet. Mosfet jest podłączony jako step-up chopper z terminalem źródłowym z dławikiem 56 uH powracającym do zasilania 5 woltów. Gdy Mosfet jest włączany, a następnie nagle wyłączany, powstaje pole magnetyczne w cewce indukcyjnej, a następnie zapada się, wytwarzając tylną EMF. To napięcie zwrotne EMF może przepływać przez diodę 1N4007 i jest połączone szeregowo z napięciem źródła. Ładuje się to aż do dodania dwóch napięć na elektrolicie 470 uF. Przed kondensatorem znajduje się układ regulatora napięcia LM317 skonfigurowany jako regulowany zasilacz, który jest regulowany potencjometrem 5k. Napięcie bez obciążenia można regulować w zakresie od 1,3 wolta do 20 woltów. Cyfrowy woltomierz i amperomierz są podłączone do obwodu, aby zapewnić prawidłowe odczyty napięcia i prądu na panelu przednim.

Krok 3: Zbuduj astabilny multiwibrator i sprawdź, czy działa

Złóż Astable Multiwibrator razem, jak na rysunku. Włączyć napięcie 5 woltów, a przebieg na kolektorze drugiego tranzystora powinien wyglądać jak piłokształtny na drugim zdjęciu z częstotliwością około 18 kHz.

Krok 4: Dodaj sekcje bufora/wzmacniacza i konwertera wzmocnienia

Po ustaleniu, że multiwibrator astabilny działa, można dodać sekcję tranzystora buforującego. Potencjometr 100 K jest dodawany, aby ustawić poziom sygnału wejściowego do Mosfeta. Po zamontowaniu Mosfeta, z zachowaniem środków antystatycznych, zainstaluj diodę i kondensator elektrolityczny. Zanim zainstalujesz te części, możesz poeksperymentować z umieszczeniem ich na planszy eksperymentatora, próbując różnych wartości cewki indukcyjnej. Rozebrałem kilka świetlówek kompaktowych i uznałem, że cewki indukcyjne są idealne do tego celu, z wyjątkiem tego, że nagrzewają się przy przepływie ponad 100 mA. Uważam, że ta cewka indukcyjna jest idealna, ponieważ używa grubszego drutu. Możesz używać cewek indukcyjnych od 50 do 200 uH i przy tej częstotliwości uzyskasz dobre wyniki. Podczas eksperymentów polecam sterowanie Mosfetem z generatora funkcji. Przejdź od szczytu 0,5 wolta do szczytu do 5 woltów od szczytu do szczytu. Umieść woltomierz na kondensatorze 470 uF i obserwuj, jak napięcie na kondensatorze wzrasta wielokrotnie do napięcia wejściowego. Rozładowany, mój wzrósł do ponad 30 woltów. Upewnij się, że twój elektrolit 470 uF ma napięcie co najmniej 50 woltów.

Kompaktowe światło fluorescencyjne CFL

Krok 5: Dodaj obwód LM317

Gdy będziesz zadowolony z wydajności sekcji konwertera doładowania Mosfet, możesz zainstalować LM317 i jego radiator. Odkryłem, że LM317 nagrzał się i potrzebował radiatora, ale nie Mosfeta. Jeśli cewka się nagrzeje, możesz zrobić radiator z folii aluminiowej i odrobiny kleju. Użyłem małego kawałka blachy zagiętej luźno wokół cewki i przyklejonego klejem termotopliwym.

Krok 6: Wywierć otwory w obudowie, podłącz gniazda bananowe i zamontuj wyświetlacz cyfrowy z przodu

Wywierć otwory w panelu przednim na potencjometr (1), (4) otwory na wtyki bananowe i (2) na kabel USB i wtyczkę typu adapter. Zamontuj płytkę drukowaną w miejscu pokazanym na rysunku i połącz wszystko razem. Odkryłem, że wtyki bananowe, których użyłem, działały lepiej z podłączonymi do nich złączami widełkowymi. Niektóre marki mają złącza lutowane z tyłu, więc zależy to od typu używanego złącza.

Płytkę zabezpieczyłem na spodzie obudowy odrobiną kleju termotopliwego, aby ułatwić usunięcie, jeśli chcę dokonać modyfikacji w obwodzie. Przedni kawałek czarnego plastiku został przycięty, aby pomieścić lico panelu miernika. Został zabezpieczony klejem topliwym. Gdy wszystkie gniazda znajdowały się z tyłu, panel był również utrzymywany na miejscu za pomocą kleju topliwego.

Krok 7: Końcowy montaż i testowanie

Ostatnim elementem do podłączenia do urządzenia jest moduł napięcia/prądu. Moduł jest dostarczany z czarnym i białym przewodem, które trafiają do źródła napięcia wejściowego. Pomarańczowy przewód wykrywa dodatnie napięcie wyjściowe. Są dwa grube czarne i czerwone przewody, te idą do bocznika prądowego. Są one połączone szeregowo z obciążeniem wyjściowym, aby poinformować Cię, ile prądu jest pobierane przez Twoje obciążenie. Mierniki nie rejestrują się, jeśli odwrócisz polaryzację. Odkryłem, że z jakiegoś powodu prąd nie czytał dokładnie dla mnie, więc musiałem poeksperymentować z różnymi grubościami i typami drutu. Gdy uzyskałem prawidłowe odczyty prądu, przylutowałem przewody bezpośrednio do zacisków na module, pozbywając się dostarczonych połączeń. To mógł być problem tylko z modułem, którego używałem.

To urządzenie zacznie działać przy napięciu wejściowym 3 VDC i przy tym napięciu daje do 7 woltów na wyjściu przy 60 mA. Z wejściem 5 woltów daje maksymalnie 11 woltów przy 120 mA w sposób ciągły, bez przegrzewania żadnego z komponentów. Lepsze odprowadzanie ciepła zapewni wyższe prądy. To mieściło się w zakresie, w jakim chciałem go użyć.