DIY Breadboard napájení: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Vždy jsem chtěl přenosný napájecí zdroj speciálně vyrobený pro prkénka. Protože jsem ho nenašel na prodej, musel jsem si vyrobit vlastní. Zvu vás, abyste udělali totéž.

PCB sponzorovaná JLCPCB. 2 $ za PCB a doprava zdarma První objednávka:

Funkce:

• Výstupy 5V 1A.
• Připojuje se na jakýkoli standardní 400 nebo 830 bodový prkénko.
• Nabíječka s přebitím, přebitím a nadproudovou ochranou.
• Indikátor baterie s dvoubarevnou LED (zelená 50-100%, žlutá 20-50%, červená 0-20%).
• Nízké zvlnění/šum s diodou potlačení.

Krok 1: Materiály

Hlavní materiály:

• 18650 lithium-iontová baterie. Vzal jsem si ten svůj z rozbitého notebooku. Použil jsem jeden pro tento projekt, aby bylo vše co nejkompaktnější/nejlehčí, ale ke zvýšení kapacity byste mohli použít paralelně dvě baterie. Pokud používáte dvě baterie, ujistěte se, že jsou 100% stejné značky, modelu, stáří/opotřebení a kapacity a mají stejný náboj v okamžiku, kdy je připojíte. Nakupte zde:
• Modul nabíječky TP4056 s ochranou baterie. Existuje verze bez ochrany baterie, kterou byste neměli kupovat. Ujistěte se, že si koupíte ten, který má 6 připojení, stejně jako na obrázku. Nakupte zde:
• Modul převaděče MT3608. Má potenciometr pro výběr napětí. V tomto případě volím 5V. Nakupte zde:
• Samosvorné tlačítko dimenzované na 3A/125V s průměrem otvoru 12 mm. Nakupte zde:
• 470 µF 25V elektrolytický kondenzátor. To snižuje pokles napětí, když zavedeme značné zatížení. Nakupte zde:
• Keramický kondenzátor 100nF. Snižuje zvlnění/šum na vysokých frekvencích. Nakupte zde:
• 1nF keramický kondenzátor. Snižuje zvlnění/šum velmi vysokých frekvencí. Nakupte zde:
• Schottkyho dioda 1A 40V. To má chránit součásti připojené na desce proti vysokému napětí způsobenému jakoukoli cívkou v obvodu. Nakupte zde:
• 2x8cm perfboard. Nakupte zde:
• X2 dvouřadé hlavičky 2x3 2,54 mm. Některé levné arduino nanos přicházejí s nimi a obvykle je nepájím, takže jsem je vzal pro tento projekt. Můžete si je koupit s úhlem 90 stupňů, což by mohla být lepší volba pro usnadnění instalace. Nakupte zde:

• Epoxid:

Poznámka: Jako spolupracovník společnosti Amazon vydělávám na oprávněných nákupech.

Materiály pro indikátor baterie (volitelně):

• 3mm dvoubarevná LED (červeno-zelená). Vložil jsem diagramy a soubory PCB Gerber pro běžné anody a běžné katodové LED diody, takže buď bude fungovat. Jen se ujistěte, že má dostatečnou difúzi, že při současném otáčení obou LED bude mít rovnoměrnou žlutou barvu. Existuje mnoho dvoubarevných LED diod špatné kvality, kde se obě barvy špatně mísí. Nakupte zde:
• Operační zesilovač NE5532P. Kupte zde:
• S8050 NPN tranzistor. Prakticky by však fungoval jakýkoli NPN tranzistor. Nakupte zde:

• Rezistory (1% z 1/4W nebo 1/8W):

  • R1: 6,2 K pro negativní stranu děliče napětí pro operační zesilovač 2IN+, který ovládá, když se rozsvítí červená LED. Nakupte zde:
  • R2: 2,2 K pro kladnou stranu děliče napětí pro operační zesilovač 2IN+, který ovládá, když se rozsvítí červená LED. Kupte si sadu odporů, která obsahuje tuto hodnotu a většinu ostatních:
  • R3: 51K pro zpětnou vazbu pro změnu referenčního napětí, když se červená LED rozsvítí, aby měla pevný přechod.
  • R4: 2K pro červenou LED. Tato hodnota se může lišit v závislosti na vaší LED.
  • R5: 6,8 K pro negativní stranu děliče napětí pro operační zesilovač 1 IN- který ovládá, když zelená LED zhasne.
  • R6: 2,7 K pro kladnou stranu děliče napětí pro operační zesilovač 1 IN- který ovládá, když zelená LED zhasne. Nakupte zde:
  • R7: 100K pro zpětnou vazbu pro změnu referenčního napětí, když zelená LED zhasne, aby měla pevný přechod.
  • R8: 100 pro zelenou LED. Tato hodnota se může lišit v závislosti na vaší LED.
  • R9: 5,1 K pro vstup tranzistoru. NPN tranzistor funguje jako invertor pro výstup, takže zpětná vazba má správnou polaritu.
  • R10: 2K pull-down pro vstup tranzistoru.

Poznámka: Všechny hodnoty odporů pro děliče napětí a zpětnou vazbu jsou velmi důležité pro dosažení požadovaného výsledku. Pokud změníte jednu hodnotu rezistoru, možná budete chtít ke kompenzaci změnit jiné rezistory. Nebo pokud chcete záměrně změnit napětí, kde se LED diody zapínají/vypínají, můžete to udělat změnou hodnot těchto rezistorů.

Volitelné materiály:

• 3mm dvoubarevná LED (červeno-zelená) společná anoda pro indikátor nabíječky. Modul nabíječky má dvě vestavěné LED diody: jedna červená indikuje nabíjení; a modrá, která indikuje, že proces nabíjení skončil. Pokud chcete, tato dvoubarevná LED by mohla nahradit tyto LED diody. Nakupte zde:
• 2,2K odpor, který nahradí R3 na nabíjecím modulu a nastaví maximální nabíjecí proud kolem 500mA, místo 1A ve výchozím nastavení. Je to odpor pro povrchovou montáž, ale protože kupuji pouze rezistory s průchozími otvory, použil jsem to.

Krok 2: Příprava

Před pájením cokoli vyzkoušejte všechny součásti, zejména moduly.

Boost převodník má potenciometr pro výběr výstupního napětí. Před pájením na jiné komponenty jej nechte na 5 V, protože nechcete, aby byl při prvním zapnutí se vším připojeným nastaven na vysoké napětí. Mohli byste vyhodit elektrolytický kondenzátor nebo spálit operační zesilovač na indikátoru baterie. Chcete -li upravit posilovač, musíte jej připojit k baterii a multimetru. Otáčením ve směru hodinových ručiček snižujete napětí; otáčením proti směru hodinových ručiček zvýšíte napětí.

Pokud plánujete provést nějaké úpravy nabíjecího modulu, proveďte to nyní před připojením k dalším komponentám. Udělal jsem tři úpravy. Nejprve vyměním odpor R3 na 2,2 K, abych nastavil maximální nabíjecí proud kolem 500 mA, místo 1A, který je ve výchozím nastavení. Důvodem je, že IC se při nabíjení opravdu zahřívá. Chtěl jsem snížit teplotu snížením nabíjecího proudu. Nabíjení baterie samozřejmě trvá déle, ale podle mého názoru je dostatečně rychlé.

Druhou modifikací byla výměna dvou LED indikátorů za jednu dvoubarevnou LED (červeno-zelenou) společnou anodu. Udělal jsem to, abych vypadal lépe a odpovídal mému designu, ale nemusíte to dělat.

A poslední věc, kterou jsem nabíjecímu modulu udělal, je zesílení pájení na bocích konektoru micro USB. Tento konektor je náchylný k brzdění, proto doporučuji přidat více pájky mezi kovovou skořepinu konektoru a desku plošných spojů. Se skutečnými elektrickými přípojkami na zadní straně bych se však nemazlil. Dávejte pozor, abyste nepřidali příliš mnoho pájky, protože by se mohla dostat dovnitř konektoru a zničit ji.

Viděl jsem napájecí adaptéry pro prkénka (bez baterií), které se zapojují na konec prkénka a ten design můžete vzít, pokud to chcete, ale obvykle jsem na oba konce prkénka dal arduino nanos a nechtěl jsem cokoli blokuje jejich USB konektor.

Krok 3: Indikátor baterie (volitelně)

Navrhuji velmi základní indikátor baterie s dvoubarevnou LED (červeno-zelenou), která svítí zeleně, když je baterie na 50% (3,64 V) nebo vyšší; žloutne, když je mezi 50% a 20% (3,64 V - 3,50 V); a červená, když je pod 20% (3,50 V). Používá operační zesilovač k vytvoření dvou schmittových spouště, které zabraňují blikání LED diod na prahu.

Chtěl jsem být velmi kompaktní, takže doporučuji použít své rozložení. Nebo ještě lépe, nahrajte můj Gerber soubor a objednejte si vlastní PCB z webové stránky, jako je JLCPCB.com. Tímto způsobem stačí pájet součásti, aniž byste museli řešit připojení na desce plošných spojů. Právě teď mají akci, kde si můžete koupit 10 malých PCB za 2 USD a dopravu zdarma pro první objednávku.

Desky plošných spojů navrhuji na easyEDA, takže můžete načíst projekt a dokonce změnit rozložení tak, jak chcete.

Dvoubarevná LED běžná katoda:

Dvoubarevná společná anoda LED:

Krok 4: Sestavení

Nejprve připájejte 3 kondenzátory k výstupu posilovače. Tyto kondenzátory pomáhají omezit zvlnění a šum způsobené zesilovačem nebo zátěží na výstupu. Důrazně doporučuji je nainstalovat. Pokud tyto přesné hodnoty nemáte, zadejte místo toho podobné hodnoty.

Po otestování hlavního obvodu rozřízněte 2x8 cm perfboard, abyste uvolnili místo pro cvočky, které mají některé prkénka na boku. Pokud to neuděláte, vaše baterie nebude kompatibilní s některými typy prkének, alespoň ne bez připojení napájecích lišt dozadu. Ne všechny prkénka mají čepy na stejné straně a některé dokonce mají 4 čepy místo tradičních 3. Pokud se rozhodnete navrhnout bateriovou banku, která má být zasunuta na konce prkének, možná budete ještě muset uvolnit místo pro čepy, které mají na těchto koncích také některé prkénka.

Umístěte kolíky 2x3 na prkénko a použijte je jako vodítko k jejich připájení na perfboard ve správné poloze.

Přidejte na výstup schottkyho diodu (1A 40V nebo více). Tato dioda chrání jakoukoli součást připojenou na napájecí liště před špičkami vysokého napětí způsobenými cívkami, jako jsou relé, motory, induktory, solenoidy atd. Zajistěte, aby záporná strana diody (bílá čára) směřovala na kladnou stranu výstupu.

Na pouzdro/kryt jsem použil černý karton. Není to nejlepší volba, protože je hořlavý, ale můžete použít, co chcete.

Krok 5: Závěr

Několik důležitých rad:

• Při nabíjení nepoužívejte powerbanku. Proces nabíjení deaktivuje několik ochranných funkcí, které by mohly baterii poškodit, a zátěž by mohla způsobit situaci s přebitím. Také deaktivace nadproudové ochrany by mohla poškodit i samotný prkénko.
• Nadproudová ochrana reaguje opravdu rychle, takže při zjištění zkratu vypne napájení. Chcete -li to resetovat, vypněte napájení přibližně na 3 sekundy.

Relevantní údaje:

Toto jsou výsledky některých mých testů. Může se lišit od vašeho, ale můžete jej použít jako referenci na to, co očekávat:

• Doba nabíjení z prázdného na plný (při 560mA): 4:30 hodin.
• Při zátěži 50mA vydržela plná baterie 23 hodin a 17 minut.
• Při zátěži 500mA vydržela plná baterie 2 hodiny a 21 minut. To je na výstupu kolem 1630 mAh.
• Při připojení k zátěži 500mA jsem pozoroval maximální konstantní pokles napětí na výstupu 0,03V, takže celkově vydává velmi stabilní 5V. Viděl jsem další menší zesilovače, kde snižují napětí o 0,7 V pod 5 V (4,3 V), což považuji za nepřijatelné.
• Napětí pro indikátor baterie je nastaveno na přibližně 50% = 3,64 V, 20% = 3,50 V. Zpětná vazba změní hodnotu na +/- 0,7V. Můžete vyzkoušet různé hodnoty odporu, abyste změnili napětí, kde se LED diody zapínají/vypínají, ale moje doporučené hodnoty jsou založeny na mých testech a výpočtech a měly by platit pro většinu baterií 18650.

Ke zdvojnásobení kapacity je možné použít dvě baterie současně. Tuto verzi jsem také postavil, ale zjevně je větší a těžší, takže to není moje první volba. Vy rozhodujete, kterou verzi postavíte.

A je to. Pokud máte dotaz, dejte mi vědět.

Hodně štěstí.