Variabilní napájecí zdroj (Buck Converter): 4 kroky (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Napájecí zdroj je základním zařízením při práci s elektronikou. Pokud chcete vědět, kolik energie váš obvod spotřebovává, budete muset provést měření napětí a proudu a poté je znásobit, abyste získali energii. Taková časově náročná práce. To je ještě obtížnější, pokud chcete nepřetržitě sledovat výkon po určitou dobu. Nechte svůj mikrokontrolér udělat veškerou tvrdou práci. V tomto videu uvidíme, jak vyrobit levný variabilní napájecí zdroj a naučit se jeho fungování.

Začněme

Krok 1: Buck Converter a jeho fungování

Podívejme se na tento modul založený na IC LM2596, který na výstupních svorkách poskytuje proměnné stejnosměrné napětí. Abych obvod důkladně prostudoval, vytáhl jsem svůj multimetr, přepnul jej do režimu spojitosti a začal sondovat, abych zjistil, co je s čím spojeno. Po nějaké sondě jsem přišel na obvod, jak je ukázáno. Toto je Buck Converter, také známý jako step-down převodník. Změnou potenciometru získáte napětí mezi 1,25 V a vstupním napětím. Když se podíváme na datový list LM2596, zjistíme, že jde o jednoduché přepínací zařízení s některými funkcemi, které můžeme prozatím ignorovat.

Pro jasné pochopení můžeme některou část obvodu nahradit jednoduchým spínačem, jak je znázorněno na obrázku.

Případ 1: Přepínač je zavřený (Ton)

Když je spínač sepnutý, proud protéká zátěží. Toto napájí induktor, který ukládá energii ve svém magnetickém poli. Dioda je zpětně předpjatá a funguje jako otevřený obvod.

Případ 2: Přepínač je otevřený (Toff)

Když je spínač otevřený, magnetické pole induktoru se zhroutí, což indukuje emf, a proto proud protéká zátěží a diodou, která je nyní předpjatá dopředu.

Úkolem kondenzátoru je snížit obsah zvlnění ve výstupním průběhu. To se děje znovu a znovu.

Proud procházející zátěží bude vypadat jako na obrázku. Během Ton bude proud stoupat a během Toff klesat. Provedením nějaké matematiky můžeme přijít na vzorec

Vout = α x Vin

kde „α“je známé jako pracovní cyklus, který se rovná Ton/T. Jak se α mění od 0 do 1, vidíme, že výstupní napětí je zlomkem vstupního napětí.

Krok 2: Věci, které budete potřebovat

1x Arduino dle vašeho výběru (čím menší, tím lepší)

1x INA219 Monitor napájení

1x modul LM2596

1x Regulátor napětí LM7805

1x OLED displej (128 x 64)

1x DC zásuvka

2x Svorkovnice

1x přepínač SPDT

1x 10k potenciometr (pokud možno použijte přesný 10otáčkový hrnec)

1x krabička skříně

Krok 3: Pojďme k sestavení

Dost teorie. Shromážděme všechny požadované komponenty a vytvořme levný malý napájecí zdroj pomocí tohoto převaděče. Zde je připojeno schéma zapojení a kód. Ujistěte se, že jste nainstalovali knihovny SSD1306 a INA219 od společnosti Adafruit.

Abych získal všechna požadovaná měření, šel jsem s INA219. Jedná se o obousměrný monitor napájení s I2C. Toto malé zařízení usnadňuje měření proudu.

Pro I2C budeme používat jen dva piny Arduina. V době tvorby projektu jsem měl pouze Arduino Nano. Lze použít menší alternativu.

Odpojil jsem malý potenciometr, který byl na desce plošných spojů, a nahradil jej 10k potenciometrem, který byl připevněn v přední části krabice. Pokud je to možné, použijte desetotáčkový přesný potenciometr. To pomůže při jemných úpravách.

Malý 0,96 palcový 128x64 OLED displej slouží k zobrazení všech měření z INA219.

Konečně malý kryt, do kterého se vše vejde. Buďte kreativní při výběru rozložení komponent, pokud je to rozumné.

Krok 4: Užijte si to

A je to! Nahrajte kód a začněte hrát se svým malým zařízením. Nezapomeňte, že maximální proud, který lze odebírat z převodníku, je 3A. Tento typ modulu nemá žádnou ochranu proti zkratu.

Děkuji, že jste vydrželi až do konce. Doufáme, že se vám tento projekt líbí a že jste se dnes dozvěděli něco nového. Dejte mi vědět, pokud si jeden vyrobíte pro sebe. Přihlaste se k odběru mého kanálu YouTube a získejte další nadcházející projekty. Ještě jednou děkuji!