USB napájení s proměnným napětím: 7 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-13 06:57

Nějakou dobu jsem měl nápad na variabilní napájení napájené přes USB. Jak jsem to navrhl, udělal jsem to trochu univerzálnější, což umožňuje nejen USB vstup, ale cokoli od 3 VDC do 8 VDC přes USB konektor nebo pomocí banánkových konektorů. Výstup využívá typ zdířky, kterou byste viděli na nástěnné bradavici a dva banánkové konektory. Pokud do něj přivádíte 5 voltů, můžete měnit výstup od 1,3 voltů do 20 voltů lehce zatížených nižším napětím až 200 mA. Na přední straně je digitální displej, který zobrazuje napětí a proud procházející zátěží. Na obrázku výše dodávám mini osciloskop s 9 volty při 120mA z 5voltového USB napájení z USB terminálu notebooku.

Zásoby:

Díly

(1) 240 ohmový odpor, 1/4 watt

(1) odpor 67 k, 1/4 watt

(2) Rezistory 4,7 k 1/4 watt

(3) 1k odpory, 1/4 watt

(3) 2N3904 tranzistory

(1) IRF520 Mosfet nebo ekvivalent

(2) 1N914 spínací diody

(1) 1N4007 dioda

(2) 0,01 uF keramické kondenzátory (schéma říká 8 nF nebo 0,008 uF, ale 0,01 uF je snazší získat)

(2) 10 uF elektrolytické kondenzátory, 50 voltů

(1) 470 uF elektrolytický kondenzátor 50 voltů

(1) 56 uH induktor (v případě potřeby lze navinout na malý toroid)

(1) 100k ozdobný hrnec

(1) 5k 1/2 wattový potenciometr, lineární kužel

(1) IC čip regulátoru napětí LM317 IC

(4) banánové zvedáky (muži)

(1) standardní velikost konektoru USB (samec)

(1) modul ampérmetru digitálního voltmetru

(1) Bydlení

(1) Perf nebo prototyping board

(1) černý knoflík se šroubovacím utahovákem

Smršťovací bužírky

Různé barvy připojovacího drátu

Rýčovací konektory (různé velikosti)

Chladič a silikonová směs pro LM317

Nástroje

Páječka, Pájka, Tavné lepidlo, Vrták s vrtáky, různé šroubováky, různé typy malých kleští, multimetr a osciloskop

Krok 1: Získání dílů

Záměrně jsem použil součásti, které lze snadno najít a které lze zachránit ze šrotu elektronických desek. LM317 IC je velmi běžný a tranzistory 2N3904 jsou obecné a lze nahradit mnoho různých typů. Mosfet je také velmi běžný a mohou být použity jako náhrada i jiné typy, pokud je náhradou N-kanálový Mosfet a má podobné hodnocení. Induktor není kritický a lze použít mnoho v rozsahu 50 až 200 nH. Za tímto účelem je zachraňuji z použitých desek ovladačů žárovky CFL. Lze použít jakýkoli typ pole projektu. Měl jsem tento po ruce, ale levnější černý je naprosto vhodný. Pokud jde o používání desky Perf, je to moje osobní volba pro snadnost, s jakou lze provádět úpravy.

Krok 2: Teorie za obvodem

Výše uvedené fotografie průběhu ukazují průběh vlny. První ukazuje průběh na výstupu astabilního multivibrátoru v horní části pravé diody 1N914. Druhý ukazuje průběh na hradle IRF520 a poslední ukazuje tvar vlny na zdroji IRF520.

Obvod využívá dvou tranzistorový astabilní multivibrátor běžící na 18 kHz. Výstup čtvercových vln je převzat z horní části jedné ze dvou diod 1N914. Tranzistory jsou běžné 2N3904. Nízkonapěťová čtvercová vlna je posílena dalším tranzistorem 2N3904, který je předpjatý třídou C. Tranzistor zvyšuje vstupní čtvercovou vlnu o faktor asi 10, kde prochází elektrolytickým kondenzátorem a 100k potenciometrem, než je aplikován na bránu mosfetu IRF520. Mosfet je zapojen jako zesilovač se zdrojovým terminálem s tlumivkou 56 uH, která se vrací na 5 voltové napájení. Když je Mosfet zapnut a poté náhle vypnut, vytvoří se magnetické pole v induktoru a poté se zhroutí a vytvoří zadní EMF. Toto zpětné EMF napětí může protékat diodou 1N4007 a je v sérii se zdrojem napětí. To se nabíjí až do přidání dvou napětí na 470 uF elektrolytické Ahead kondenzátoru je čip regulátoru napětí LM317 konfigurovaný jako nastavitelný napájecí zdroj, který je nastaven 5k potenciometrem. Nezatížené napětí je nastavitelné od 1,3 voltů do 20 voltů. Digitální voltmetr a ampérmetr jsou zapojeny do obvodu, aby poskytovaly správné hodnoty napětí a proudu na předním panelu.

Krok 3: Sestavte astabilní multivibrátor a zjistěte, zda funguje

Sestavte Astable Multivibrator dohromady jako na obrázku. Zapněte 5 volty a průběh na kolektoru druhého tranzistoru by měl vypadat jako pilový zub na druhé fotografii s frekvencí přibližně 18 kHz.

Krok 4: Přidejte sekce vyrovnávací paměti/zesilovače a zesilovače

Jakmile se zjistí, že astabilní multivibrátor funguje, můžete přidat sekci vyrovnávacího tranzistoru. K nastavení úrovně vstupního signálu do Mosfetu je přidán trimr 100 K. Po montáži Mosfetu při provádění antistatických opatření nainstalujte diodu a elektrolytický kondenzátor. Před instalací těchto částí možná budete chtít experimentovat s jejich umístěním na desku experimentátora při zkoušení různých hodnot induktoru. Rozdělil jsem spoustu CFL a zjistil jsem, že induktory jsou pro tento účel perfektní, kromě toho, že se zahřály, když jimi prochází více než 100 mA. Zjistil jsem, že tento induktor je perfektní, protože používá silnější drát. Můžete použít induktory od 50 do 200 uH a při této frekvenci dosáhnete dobrých výsledků. Při experimentování bych doporučil řídit Mosfet z generátoru funkcí. Přejděte od 0,5 voltu k vrcholu až 5 voltů k vrcholu. Umístěte voltmetr přes kondenzátor 470 uF a sledujte, jak se napětí na kondenzátoru zvyšuje na mnohonásobek vstupního napětí. Když byl vybitý, můj se zvýšil na více než 30 voltů. Zajistěte, aby měl váš elektrolytický výkon 470 uF minimálně 50 voltů.

Kompaktní fluorescenční světlo CFL

Krok 5: Přidejte obvod LM317

Jakmile budete s výkonem sekce Mosfet boost konvertoru spokojeni, můžete nainstalovat LM317 a jeho chladič. Zjistil jsem, že LM317 se zahřál, potřebuje chladič, ale ne Mosfet. Pokud se cívka zahřeje, můžete si vyrobit chladič z hliníkové fólie a nějakého lepidla. Použil jsem malý kousek plechu volně ohnutý kolem cívky a nalepený na místě tavným lepidlem.

Krok 6: Vyvrtejte otvory v pouzdře, připojte banánkové zvedáky a namontujte digitální displej na přední stranu

Na předním panelu vyvrtejte otvory pro potenciometr (1), (4) otvory pro banánkové konektory a (2) pro kabel USB a zástrčku typu adaptéru. Namontujte desku s obvody do polohy zobrazené na obrázku a zapojte vše dohromady. Zjistil jsem, že banánkové zástrčky, které jsem použil, fungovaly lépe s připojenými konektory rýče. Některé značky mají na zadní straně pájecí konektory, takže záleží na typu konektoru, který používáte.

Desku jsem na základně skříně zajistil trochou tavného lepidla pro snadné vyjmutí, pokud chci provést úpravy obvodu. Přední část z černého plastu byla vyříznuta, aby se přizpůsobila ploše panelu měřiče. Bylo to zajištěno tavným lepidlem. Jakmile byly všechny zvedáky na svém místě v zadní části, panel byl také přidržen na místě pomocí tavného lepidla.

Krok 7: Konečná montáž a testování

Poslední položkou pro zapojení do zařízení je modul napětí/proud. Modul je dodáván s černým a bílým vodičem, které vedou ke zdroji vstupního napětí. Oranžový vodič snímá kladné výstupní napětí. Existují dva silné černé a červené dráty, které jdou na aktuální zkrat. Ty jdou v sérii s výstupním zatížením, abyste věděli, kolik proudu odebírá vaše zátěž. Měřiče se neregistrují, pokud uvedete polaritu obráceně. Zjistil jsem, že z nějakého důvodu pro mě proud nečetl přesně, takže jsem musel experimentovat s různými tloušťkami a typy vodičů. Jakmile jsem získal správné hodnoty proudu, připájel jsem vodiče přímo ke svorkám na modulu, čímž jsem se zbavil poskytovaných připojení. To mohl být problém pouze s modulem, který jsem používal.

Toto zařízení začne pracovat kolem vstupu 3 V DC a při tomto napětí vám poskytne výstup až 7 voltů při 60 mA. Se vstupem 5 voltů vám poskytne maximálně 11 voltů při 120 mA nepřetržitě, aniž by došlo k přehřátí jakékoli součásti. Lepší pohlcování tepla vám poskytne vyšší proudy. To bylo v rozsahu, pro který jsem to chtěl použít.