Ještě další nejmenší regulovaný zesilovač SMPS (bez SMD): 8 kroků

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

Úplný název projektu:

Ještě další nejmenší regulovaný napájecí zdroj s přepínáním DC na DC měniče na světě s využitím technologie THT (průchozí otvor) a bez SMD (zařízení pro povrchovou montáž)

Dobře, dobře, dostal jsi mě. Možná není menší než ten, který vytvořila společnost Murata Manufacturing, ale rozhodně je to něco, co si můžete postavit sami doma pomocí běžně dostupných prvků a nástrojů.

Moje myšlenka byla vytvořit kompaktní spínaný napájecí zdroj pro mé malé projekty založené na mikrokontroléru.

Tento projekt je také jakýmsi tutoriálem, jak vytvářet cesty na desce plošných spojů pomocí plného drátu namísto sestavování cest pomocí pájky.

Pojďme na to!

Krok 1: Design

Můžete najít mnoho vlastních návrhů kapesních napájecích zdrojů, ale většina z nich, které jsem našel, měla 2 největší nevýhody:

• Jsou to lineární napájecí zdroje, což znamená, že nejsou příliš účinné,
• Buď nejsou regulovány, nebo regulovány v krocích

Můj krokový převodník je spínaný napájecí zdroj s plynule regulovaným výstupním napětím (přes regulovaný odpor). Pokud si chcete přečíst více, na microchip.com je vynikající dokument, který popisuje různé architektury, výhody a nevýhody používání SMPS.

Jako základní IC čip pro svůj spínaný napájecí zdroj jsem zvolil velmi populární a běžně dostupný čip MC34063. Lze jej použít k vytvoření krokového (buck), stupňového (boost) převodníku nebo měniče napětí pouhým přidáním některých externích prvků. Velmi pěkné vysvětlení, jak navrhnout SMPS pomocí MC34063, provedl Dave Jones ve svém videu na YouTube. Důrazně vám doporučuji sledovat to a postupovat podle výpočtů hodnot každého prvku.

Pokud to nechcete dělat ručně, můžete podle svých potřeb použít online kalkulačku pro MC34063. Můžete použít tento od Madis Kaal nebo ten, který je určen pro vyšší napětí na changpuak.ch.

Vybral jsem prvky, které se zhruba držely výpočtů:

Vybral jsem největší kondenzátory, které se vešly na desku. Vstupní a výstupní kondenzátory jsou 220 µF 16V. Potřebujete vyšší výstupní napětí nebo potřebujete vyšší vstupní napětí, vyberte vhodné kondenzátory

• Induktor L: 100 µH, to byl jediný, který jsem dostal s velikostí samotného čipu.
• Místo nějaké Shotky diody jsem použil diodu 1N4001 (1A, 50V). Spínací frekvence této diody je 15kHz, což je méně než moje spínací frekvence, kterou jsem použil, ale nějak celý obvod funguje dobře.
• Spínací kondenzátor Ct: 1nF (dává spínací frekvenci ~ 26kHz)
• Proudový ochranný odpor Rsc: 0,22Ω
• Variabilní odpor, který představuje poměr odporu R2 až R1: 20kΩ

TIPY

• Vyberte spínací frekvenci (výběrem vhodného spínacího kondenzátoru) v rozsahu vaší diody (výběrem Shotkyho diody namísto obecné).
• Vyberte kondenzátory s větším maximálním napětím, než jaké chcete poskytnout jako vstupní (vstupní kondenzátor), nebo se zapojte na výstup (výstupní kondenzátor). Např. 16V kondenzátor na vstupu (s vyšší kapacitou) a 50V kondenzátor na výstupu (s menší kapacitou), ale oba relativně stejné velikosti.

Krok 2: Materiály a nástroje

Materiály, které jsem použil, ale přesné hodnoty přímo závisí na vašich potřebách:

• Čip MC34063 (Amazon)
• Spínací kondenzátor: 1nF
• Vstupní kondenzátor: 16 V, 220 µF
• Výstupní kondenzátor: 16V, 220 µF (doporučuji 50V, 4,7 µF)
• Rychle přepínatelná dioda: 1N4001 (některé Shotky diody jsou mnohem rychlejší)
• Rezistor: 180Ω (libovolná hodnota)
• Rezistor: 0,22Ω
• Variabilní odpor: 0-20kΩ, ale můžete použít 0-50kΩ
• Induktor: 100 µH
• Prototypová deska plošných spojů (BangGood.com)
• Několik krátkých kabelů

Potřebné nástroje:

• Pájecí stanice (a pomůcky kolem ní: pájecí drát, v případě potřeby pryskyřice, něco na čištění hrotu atd.)
• Kleště, diagonální kleště/boční řezačky
• Pila nebo rotační nástroj k řezání desky
• Soubor
• Lepicí páska (ano, jako nástroj, ne jako materiál)
• Vy

Krok 3: Umístění prvků - začátek

Trávím spoustu času organizováním prvků na desce v takové konfiguraci, takže zabírá co nejméně místa. Po mnoha pokusech a neúspěších představuje tento projekt to, u čeho jsem skončil. V tuto chvíli si myslím, že toto je nejoptimálnější umístění prvků pomocí pouze 1 strany desky.

Uvažoval jsem o vložení prvků na obě strany, ale pak:

• pájení by bylo opravdu komplikované
• Ve skutečnosti nezabírá méně místa
• SMPS by měl nějaký nepravidelný tvar, takže by byl namontován např. bažina nebo na 9V baterii velmi těžké dosáhnout

Pro připojení uzlů jsem použil techniku použití holého drátu, ohnul ho v očekávaném tvaru cesty a poté jej připájel k desce. Dávám přednost této technice místo použití pájky, protože:

• Používání pájky k „spojování bodů“na DPS považuji za šílené a nějak nevhodné. V dnešní době pájecí drát obsahuje pryskyřici, která se používá k deoxidaci pájky a povrchu. Ale použití pájky jako stavitele cesty způsobí, že se pryskyřice odpaří a nechá některé oxidované části vystavené, což považuji za ne tak dobré pro samotný obvod.
• Na PCB, který jsem použil, je propojení 2 „teček“pájkou téměř nemožné. Pájka se lepí na „tečky“, aniž by mezi nimi bylo zamýšlené spojení. Pokud používáte desku plošných spojů, kde jsou „tečky“vyrobeny z mědi a jsou velmi blízko sebe, pak to vypadá jednodušší, než vytvořit spojení.
• Použití pájky k vytváření cest používá pouze … hodně pájky. Použití drátu je méně „nákladné“.
• V případě chyby může být opravdu těžké odstranit starou pájecí dráhu a nahradit ji novou. Použití drátěné cesty je relativně mnohem jednodušší úkol.
• Použití vodičů zajišťuje mnohem spolehlivější připojení.

Nevýhodou je, že tvarování drátu a jeho pájení zabere více času. Ale pokud získáte nějaké zkušenosti, už to není těžký úkol. Alespoň jsem si na to zvykl.

Tipy

• Hlavním pravidlem pro umístění prvků je odříznout nadbytečné nohy na druhé straně desky, co nejblíže k desce. Pomůže nám to později, když umístíme drát na stavbu cest.
• Nepoužívejte nohy elementu k vytváření cest. Obecně je dobré to udělat, ale pokud uděláte chybu nebo je třeba vyměnit váš prvek (např. Je rozbitý), pak je opravdu těžké to udělat. Dráhu cesty budete muset stejně přestřihnout a protože jsou nohy ohnuté, může být náročné vytáhnout prvek z desky.
• Pokuste se vybudovat cesty zevnitř obvodu ven nebo z jedné strany na druhou. Pokuste se vyhnout situaci, kdy potřebujete vytvořit cestu, ale ostatní cesty kolem jsou již vytvořeny. Může být těžké držet dráhu.
• Před pájením neřízněte dráhu na konečnou délku/tvar. Vezměte delší dráhu, vytvarujte ji, páskou přidržte dráhu v poloze na desce, pájejte ji a nakonec ji nařežte požadovaný bod (zkontrolujte fotografie).

Krok 4: Umístění prvků - hlavní úkol

Stačí postupovat podle schématu a umístit prvek jeden po druhém, řezat nadměrné nohy, pájet jej co nejblíže k desce, tvarovat drátek, pájet a řezat. Opakujte s dalším prvkem.

Spropitné:

Můžete se podívat na fotografie, jak jsem umístil každý prvek. Pokuste se pouze dodržet poskytnuté schéma. V některých složitých obvodech zabývajících se vysokými frekvencemi atd. Jsou induktory umístěny na desce odděleně kvůli magnetickému poli, které může interferovat s jinými prvky. Ale v našem projektu nás tento případ prostě nezajímá. Proto jsem umístil induktor přímo na čip MC34063 a nestarám se o žádné interference

Krok 5: Řezání desky

Předtím musíte vědět, že desky plošných spojů jsou opravdu tvrdé, a proto je obtížné je řezat. Zkusil jsem nejprve použít rotační nástroj (foto). Řezná čára je velmi hladká, ale její řezání trvalo velmi dlouho. Rozhodl jsem se přejít na běžnou pilu na řezání kovu a pro mě to fungovalo obecně v pořádku.

Tipy:

• Před pájením všech prvků rozřízněte desku. Nejprve umístěte všechny prvky (bez pájení), označte řezné body, odeberte všechny prvky, rozřízněte desku a poté prvky vložte zpět a pájejte je. Během řezání Musíte se postarat o již pájené prvky.
• Raději bych místo rotačního nástroje použil pilu, ale to je asi individuální věc.

Krok 6: Tvarování

Po řezání jsem pilníkem vyhladil okraje a zaoblil rohy.

Konečná velikost desky byla 2,5 cm na délku, 2 cm na šířku a 1,5 cm na výšku.

Projekt v hrubé podobě je hotový. Čas na testování…

Krok 7: Testování provozu

Desku jsem připojil k LED pásku (12 LED), který potřebuje napájení 12 V. Nastavil jsem vstup 5 V (rozdělený portem USB) a pomocí regulovaného odporu nastavil výstup 12 V. Funguje to perfektně. Kvůli relativně vysokému odebíranému proudu se čip MC34063 zahříval. Nechal jsem obvod se zapnutým LED páskem několik minut a byl stabilní.

Krok 8: Konečný výsledek

Považuji za velký úspěch, že tak malé SMPS mohou napájet tento druh proudu odebírajícího předmětu, jako je 12 LED.