Zasilacz DIY Breadboard: 5 kroków (ze zdjęciami)

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

Zawsze chciałem mieć przenośny zasilacz stworzony specjalnie do płytek stykowych. Ponieważ nie znajduję go na sprzedaż, musiałem zrobić własny. Zapraszam do tego samego.

PCB sponsorowana przez JLCPCB. 2 USD za PCB i bezpłatną wysyłkę Pierwsze zamówienie:

Cechy:

• Wyjścia 5V 1A.
• Wtyczki na dowolnej standardowej płytce stykowej 400 lub 830 punktów.
• Ładowarka z zabezpieczeniem przed przeładowaniem, nadmiernym rozładowaniem i przetężeniem.
• Wskaźnik baterii z dwukolorową diodą LED (zielona 50-100%, żółta 20-50%, czerwona 0-20%).
• Niski poziom tętnień/szumów z diodą tłumiącą.

Krok 1: Materiały

Główne materiały:

• 18650 bateria litowo-jonowa. Wziąłem mój z rozbitego laptopa. Użyłem jednego do tego projektu, aby wszystko było tak kompaktowe/lekkie, jak to tylko możliwe, ale możesz użyć dwóch baterii równolegle, aby zwiększyć pojemność. Jeśli używasz dwóch baterii, upewnij się, że są w 100% tej samej marki, modelu, wieku/zużycia i pojemności oraz mają podobny poziom naładowania w momencie ich podłączenia. Kup tutaj:
• Moduł ładowarki TP4056 z ochroną akumulatora. Istnieje wersja bez ochrony baterii, której nie powinieneś kupować. Upewnij się, że kupujesz ten, który ma 6 połączeń, tak jak na zdjęciu. Kup tutaj:
• Moduł konwertera doładowania MT3608. Posiada potencjometr do wyboru napięcia. W tym przypadku wybieram 5V. Kup tutaj:
• Przycisk samoblokujący o obciążalności 3A/125V o średnicy otworu 12mm. Kup tutaj:
• Kondensator elektrolityczny 470µF 25V. Zmniejsza to spadek napięcia, gdy wprowadzamy znaczne obciążenie. Kup tutaj:
• Kondensator ceramiczny 100nF. Redukuje tętnienie/hałas wysokiej częstotliwości. Kup tutaj:
• Kondensator ceramiczny 1nF. Redukuje tętnienie/hałas o bardzo wysokiej częstotliwości. Kup tutaj:
• Dioda Schottky'ego 1A 40V. Ma to na celu ochronę komponentów podłączonych do płytki stykowej przed skokami wysokiego napięcia spowodowanymi przez dowolną cewkę w obwodzie. Kup tutaj:
• Płyta perforowana 2x8cm. Kup tutaj:
• Dwurzędowe męskie nagłówki dwurzędowe X2 2x3 2,54 mm. Niektóre tanie arduino nano są dostarczane z tymi i zwykle ich nie lutuję, więc wziąłem je do tego projektu. Można je kupić pod kątem 90 stopni, co może być lepszym rozwiązaniem ułatwiającym montaż. Kup tutaj:

• Żywica:

Uwaga: Jako partner Amazon zarabiam na kwalifikujących się zakupach.

Materiały na wskaźnik baterii (opcjonalnie):

• 3mm dwukolorowa dioda LED (czerwono-zielona). Umieściłem schematy i pliki gerber PCB dla diod LED ze wspólną anodą i katodą, więc obie będą działać. Tylko upewnij się, że ma wystarczającą dyfuzję, aby podczas obracania obu diod jednocześnie dała równomierną żółtą barwę. Istnieje wiele dwukolorowych diod LED złej jakości, w których oba kolory nie mieszają się dobrze. Kup tutaj:
• Wzmacniacz operacyjny NE5532P. Kup tutaj:
• Tranzystor NPN S8050. Jednak praktycznie każdy tranzystor NPN będzie działał. Kup tutaj:

• Rezystory (1% 1/4W lub 1/8W):

  • R1: 6,2 K dla ujemnej strony dzielnika napięcia dla wzmacniacza operacyjnego 2IN +, który kontroluje, kiedy włącza się czerwona dioda LED. Kup tutaj:
  • R2: 2,2 K dla dodatniej strony dzielnika napięcia dla wzmacniacza operacyjnego 2IN+, który steruje włączeniem czerwonej diody LED. Kup zestaw rezystorów, który zawiera tę wartość i większość innych:
  • R3: 51 K dla sprzężenia zwrotnego, aby zmienić napięcie odniesienia, gdy czerwona dioda LED zaświeci się, aby uzyskać stałe przejście.
  • R4: 2K dla czerwonej diody LED. Ta wartość może się różnić w zależności od diody LED.
  • R5: 6,8 K dla ujemnej strony dzielnika napięcia dla wzmacniacza operacyjnego 1IN-, który kontroluje, kiedy zielona dioda LED wyłącza się.
  • R6: 2,7 K dla dodatniej strony dzielnika napięcia dla wzmacniacza operacyjnego 1IN-, który kontroluje, kiedy zielona dioda LED wyłącza się. Kup tutaj:
  • R7: 100K dla sprzężenia zwrotnego, aby zmienić napięcie odniesienia, gdy zielona dioda LED zgaśnie, aby uzyskać stałe przejście.
  • R8: 100 dla zielonej diody LED. Ta wartość może się różnić w zależności od diody LED.
  • R9: 5,1 K dla wejścia tranzystorowego. Tranzystor NPN pracuje jako falownik na wyjściu, dzięki czemu sprzężenie zwrotne ma prawidłową polaryzację.
  • R10: pull-down 2K dla wejścia tranzystorowego.

Uwaga: Wszystkie wartości rezystorów dla dzielników napięcia i sprzężenia zwrotnego są bardzo istotne dla osiągnięcia pożądanego rezultatu. Jeśli zmienisz wartość jednego rezystora, możesz chcieć zmienić inne rezystory, aby to skompensować. Lub jeśli celowo chcesz zmienić napięcie, przy którym diody LED włączają się/wyłączają, możesz to zrobić zmieniając wartości tych rezystorów.

Materiały opcjonalne:

• 3mm dwukolorowa dioda LED (czerwono-zielona) wspólna anoda dla wskaźnika ładowarki. Moduł ładowarki ma dwie wbudowane diody LED: jedną czerwoną wskazującą ładowanie; i niebieski, aby wskazać, że proces ładowania został zakończony. Ta dwukolorowa dioda LED może zastąpić te diody LED, jeśli chcesz. Kup tutaj:
• Rezystor 2,2K zastępujący R3 na module ładowarki, aby ustawić maksymalny prąd ładowania na około 500mA, zamiast domyślnie 1A. Jest rezystorem do montażu powierzchniowego, ale ponieważ kupuję tylko rezystory przewlekane, użyłem go.

Krok 2: Przygotowanie

Przed przystąpieniem do lutowania przetestuj wszystkie komponenty, zwłaszcza moduły.

Przetwornica doładowania posiada potencjometr do wyboru napięcia wyjściowego. Upewnij się, że pozostawiłeś go na 5V przed lutowaniem do innych komponentów, ponieważ nie chcesz, aby był ustawiony na wysokie napięcie, gdy po raz pierwszy włączasz go ze wszystkim podłączonym. Możesz wysadzić kondensator elektrolityczny lub spalić wzmacniacz operacyjny na wskaźniku akumulatora. Aby wyregulować konwerter doładowania, musisz podłączyć go do akumulatora i multimetru. Obróć zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aby zmniejszyć napięcie; obróć w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aby zwiększyć napięcie.

Jeśli planujesz dokonać pewnych modyfikacji modułu ładowarki, zrób to teraz przed podłączeniem do innych komponentów. Zrobiłem trzy modyfikacje. Najpierw wymieniam rezystor R3 na 2,2K, aby ustawić maksymalny prąd ładowania na około 500mA, zamiast domyślnie 1A. Powodem jest to, że IC bardzo się nagrzewa podczas ładowania. Chciałem obniżyć temperaturę zmniejszając prąd ładowania. Oczywiście ładowanie baterii trwa dłużej, ale moim zdaniem jest wystarczająco szybkie.

Druga modyfikacja polegała na zastąpieniu dwóch wskaźników LED jedną wspólną anodą dwukolorową (czerwono-zieloną). Zrobiłem to, aby wyglądać lepiej i pasować do mojego projektu, ale nie musisz tego robić.

I ostatnią rzeczą jaką zrobiłem z modułem ładowarki jest wzmocnienie lutowania po bokach złącza micro USB. To złącze jest podatne na pękanie, więc polecam dodać więcej lutu między metalową osłoną złącza a płytką drukowaną. Nie zadzierałbym jednak z faktycznymi połączeniami elektrycznymi z tyłu. Uważaj, aby nie dodać zbyt dużej ilości lutowia, ponieważ może on dostać się do wnętrza złącza, uszkadzając go.

Widziałem zasilacze do płytek stykowych (bez baterii), które podłącza się na końcu płytki stykowej i możesz wziąć ten projekt, jeśli tego chcesz, ale zwykle umieszczam arduino nano na obu końcach płytek stykowych i nie chciałem cokolwiek blokuje ich złącze USB.

Krok 3: Wskaźnik baterii (opcjonalnie)

Projektuję bardzo prosty wskaźnik baterii z dwukolorową diodą LED (czerwono-zieloną), która świeci na zielono, gdy bateria jest na poziomie 50% (3,64 V) lub wyższym; zmienia kolor na żółty, gdy jest między 50% a 20% (3,64 V - 3,50 V); i czerwony, gdy jest poniżej 20% (3,50 V). Wykorzystuje wzmacniacz operacyjny do tworzenia dwóch wyzwalaczy Schmitta, aby zapobiec migotaniu diod LED na progu.

Chciałem być bardzo kompaktowy, więc polecam użyć mojego układu. Albo jeszcze lepiej, prześlij mój plik gerber i zamów moją niestandardową płytkę drukowaną ze strony internetowej takiej jak JLCPCB.com. W ten sposób wystarczy przylutować komponenty bez zajmowania się połączeniami na płytce drukowanej. W tej chwili mają promocję, w której można kupić 10 małych płytek za 2 USD i bezpłatną wysyłkę przy pierwszym zamówieniu.

Projektuję płytki na easyEDA, dzięki czemu możesz załadować projekt, a nawet zmienić układ tak, jak chcesz.

Dwukolorowa wspólna katoda LED:

Dwukolorowa wspólna anoda LED:

Krok 4: montaż

Najpierw przylutuj 3 kondensatory do wyjścia przetwornicy doładowania. Kondensatory te pomagają zredukować wszelkie tętnienia i szumy spowodowane przez konwerter doładowania lub obciążenia na wyjściu. Zdecydowanie sugeruję ich zainstalowanie. Jeśli nie masz tych dokładnych wartości, zamiast tego wpisz podobne wartości.

Po przetestowaniu obwodu głównego wytnij płytkę perforowaną 2x8 cm, aby zrobić miejsce na kołki, które niektóre płytki stykowe mają po swojej stronie. Jeśli tego nie zrobisz, Twój bank baterii nie będzie kompatybilny z niektórymi rodzajami płytek stykowych, przynajmniej nie bez podłączenia szyn zasilających odwrotnie. Nie wszystkie płytki stykowe mają szpilki po tej samej stronie, a niektóre mają nawet 4 szpilki zamiast tradycyjnej 3. Jeśli zdecydujesz się zaprojektować zestaw baterii tak, aby był podłączony na końcach płytek stykowych, nadal może być konieczne zrobienie miejsca na ćwieki, które niektóre płytki stykowe mają również na tych końcach.

Umieść męskie szpilki 2x3 na płytce stykowej, aby użyć ich jako prowadnicy do przylutowania ich do płyty perforowanej we właściwej pozycji.

Dodaj diodę Schottky'ego (1A 40V lub więcej) na wyjściu. Ta dioda chroni każdy element podłączony do szyny zasilającej przed skokami wysokiego napięcia spowodowanymi przez cewki, takie jak przekaźniki, silniki, cewki indukcyjne, solenoidy itp. Upewnij się, że ujemna strona diody (biała linia) przechodzi na dodatnią stronę wyjścia.

Do etui/okładki użyłem czarnego kartonu. Nie jest to najlepszy wybór, ponieważ jest łatwopalny, ale możesz użyć, co chcesz.

Krok 5: Wniosek

Kilka ważnych wskazówek:

• Nie używaj power banku podczas ładowania. Proces ładowania wyłącza kilka funkcji ochronnych, które mogą uszkodzić akumulator, a obciążenie może spowodować sytuację przeładowania. Ponadto wyłączenie zabezpieczenia nadprądowego może uszkodzić nawet samą płytkę stykową.
• Zabezpieczenie nadprądowe reaguje bardzo szybko, więc odcina zasilanie w przypadku wykrycia zwarcia. Aby to zresetować, wyłącz zasilanie na około 3 sekundy.

Odpowiednie dane:

To są wyniki niektórych moich testów. Może się różnić od twojego, ale możesz go użyć jako odniesienia do tego, czego się spodziewać:

• Czas ładowania od pustego do pełnego (przy 560mA): 4:30 godzin.
• Przy obciążeniu 50mA pełna bateria wystarczała na 23 godziny i 17 minut.
• Przy obciążeniu 500mA pełna bateria wystarczała na 2 godziny i 21 minut. To około 1630 mAh na wyjściu.
• Zaobserwowałem maksymalny stały spadek napięcia na wyjściu wynoszący 0,03 V po podłączeniu do obciążenia 500 mA, więc ogólnie daje bardzo stabilne 5 V. Widziałem inne mniejsze konwertery boost, w których obniżają napięcie o 0,7 V poniżej 5 V (4,3 V), co uważam za niedopuszczalne.
• Napięcia dla wskaźnika baterii są ustawione na około 50% = 3,64V, 20% = 3,50V. Sprzężenie zwrotne zmienia wartość na +/- 0,7V. Możesz wypróbować różne wartości rezystorów, aby zmienić napięcia, przy których diody LED włączają się / wyłączają, ale moje zalecane wartości oparte są na moich testach i obliczeniach i powinny dotyczyć większości akumulatorów 18650.

Możliwe jest użycie dwóch akumulatorów równolegle, aby podwoić pojemność. Zbudowałem też tę wersję, ale oczywiście jest ona większa i cięższa, więc nie jest to mój pierwszy wybór. Ty decydujesz, którą wersję zbudować.

Otóż to. Jeśli masz pytanie, daj mi znać.

Powodzenia.