Napajanje DIY Breadboard: 5 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Vedno sem si želel prenosni napajalnik, posebej izdelan za plošče. Ker ga ne najdem v prodaji, sem ga moral narediti sam. Vabim vas, da storite enako.

PCB sponzorira JLCPCB. 2 USD za PCB -je in brezplačno poštnino Prvo naročilo:

Lastnosti:

• Izhodi 5V 1A.
• Priključi se na katero koli standardno ploščo s 400 ali 830 točkami.
• Polnilnik z zaščito pred prenapolnjenostjo, prekomernim praznjenjem in prekomernim tokom.
• Indikator baterije z dvobarvno LED (zelena 50-100%, rumena 20-50%, rdeča 0-20%).
• Nizka valovanje/šum z dušilno diodo.

1. korak: Materiali

Glavni materiali:

• 18650 litij-ionska baterija. Svojega sem vzel iz pokvarjenega prenosnika. Uporabil sem eno za ta projekt, da bi bilo vse čim bolj kompaktno/lahko, vendar bi lahko za povečanje zmogljivosti uporabili dve bateriji vzporedno. Če uporabljate dve bateriji, se prepričajte, da sta 100% iste znamke, modela, starosti/obrabe in zmogljivosti ter da imata v trenutku, ko ju priključite, podobno napolnjenost. Kupite tukaj:
• Polnilni modul TP4056 z zaščito baterije. Obstaja različica brez zaščite baterije, ki je ne bi smeli kupiti. Kupite tisto, ki ima 6 povezav, tako kot na sliki. Kupite tukaj:
• Modul pretvornika povečanja MT3608. Ima potenciometer za izbiro napetosti. V tem primeru izberem 5V. Kupite tukaj:
• Samozaporni gumb z nazivno močjo 3A/125V s premerom luknje 12 mm. Kupite tukaj:
• 470µF 25V elektrolitski kondenzator. To zmanjša padec napetosti, ko vnesemo precejšnjo obremenitev. Kupite tukaj:
• 100nF keramični kondenzator. Zmanjša visokofrekvenčno valovanje/šum. Kupite tukaj:
• 1nF keramični kondenzator. Zmanjša zelo visoko frekvenčno valovanje/hrup. Kupite tukaj:
• Schottkyjeva dioda 1A 40V. To je za zaščito komponent, povezanih na plošči, pred visokonapetostnimi trni, ki jih povzroči katera koli tuljava v vezju. Kupite tukaj:
• 2x8 cm perfboard. Kupite tukaj:
• X2 dvojne vrste 2x3 2,54 mm moški zatiči. Priloženi so nekateri poceni nanosi arduino in jih običajno ne spajkam, zato sem jih vzel za ta projekt. Lahko jih kupite pod kotom 90 stopinj, kar je morda boljša možnost za olajšanje namestitve. Kupite tukaj:

• Epoksid:

Opomba: Kot sodelavec Amazon zaslužim s kvalificiranimi nakupi.

Materiali za indikator baterije (neobvezno):

• 3 mm dvobarvna LED (rdeče-zelena). Postavil sem diagrame in datoteke PCB gerber za skupne anode in skupno katodo, tako da bi delovalo. Prepričajte se le, da ima dovolj difuzije, da bi ob sočasnem obračanju obeh LED prišlo do enakomerne rumene barve. Obstaja veliko kakovostnih dvobarvnih LED, pri katerih se obe barvi ne mešata dobro. Kupite tukaj:
• Op-amp NE5532P. Kupite tukaj:
• S8050 NPN tranzistor. Skoraj vsak tranzistor NPN bi deloval. Kupite tukaj:

• Upori (1% od 1/4W ali 1/8W):

  • R1: 6,2K za negativno stran delilnika napetosti za op-amp 2IN+, ki nadzoruje, kdaj se prižge rdeča LED. Kupite tukaj:
  • R2: 2,2 K za pozitivno stran delilnika napetosti za op-amp 2IN+, ki nadzoruje, kdaj se prižge rdeča LED. Kupite uporniški komplet, ki vključuje to vrednost in večino drugih:
  • R3: 51K za povratne informacije za spremembo referenčne napetosti, ko se rdeča LED vklopi, da ima trden prehod.
  • R4: 2K za rdečo LED. Ta vrednost se lahko razlikuje glede na LED.
  • R5: 6,8K za negativno stran delilnika napetosti za op-amp 1IN-, ki nadzoruje, kdaj se zelena LED izklopi.
  • R6: 2,7 K za pozitivno stran delilnika napetosti za op-amp 1IN- ki nadzoruje, kdaj se zelena LED izklopi. Kupite tukaj:
  • R7: 100K za povratne informacije za spremembo referenčne napetosti, ko se zelena LED izklopi, da ima trden prehod.
  • R8: 100 za zeleno LED. Ta vrednost se lahko razlikuje glede na LED.
  • R9: 5.1K za vhod tranzistorja. Tranzistor NPN deluje kot pretvornik za izhod, zato imajo povratne informacije pravilno polarnost.
  • R10: 2K spustni vhod za tranzistor.

Opomba: Vse vrednosti upora za delilnike napetosti in povratne informacije so zelo pomembne za dosego želenega rezultata. Če spremenite eno vrednost upora, boste morda želeli nadomestiti druge upore. Če pa želite namerno spremeniti napetost, kjer se LED vklopi/izklopi, lahko to spremenite.

Izbirni materiali:

• 3 mm dvobarvna LED (rdeče-zelena) skupna anoda za indikator polnilnika. Polnilni modul ima dve vgrajeni LED: eno rdečo, ki označuje, da se polni; in modro, ki označuje, da se je postopek polnjenja končal. Ta dvobarvna LED lahko zamenja te LED diode, če želite. Kupite tukaj:
• 2.2K upor za zamenjavo R3 na polnilnem modulu za nastavitev največjega polnilnega toka na okoli 500mA namesto privzeto na 1A. Je površinsko nameščen upor, a ker kupujem samo uporne luknje, sem to uporabil.

2. korak: Priprava

Preden kaj spajkate, preizkusite vse komponente, zlasti module.

Povečevalni pretvornik ima potenciometer za izbiro izhodne napetosti. Pred spajkanjem na druge komponente ga pustite pri 5V, ker ne želite, da je nastavljen na visoko napetost, ko ga prvič vklopite z vsem, kar je povezano. Lahko razstrelite elektrolitski kondenzator ali opečete ojačevalnik na indikatorju baterije. Za prilagoditev ojačevalnega pretvornika ga morate priključiti na baterijo in multimeter. Obrnite v smeri urinega kazalca, da zmanjšate napetost; obrnite v nasprotni smeri ure, da povečate napetost.

Če nameravate spremeniti modul polnilnika, to storite zdaj, preden se povežete z drugimi komponentami. Naredil sem tri spremembe. Najprej zamenjam upor R3 na 2,2 K, da nastavim največji polnilni tok na okoli 500 mA, namesto 1A, ki je privzeto. Razlog je v tem, da se IC med polnjenjem zelo segreje. Želel sem znižati temperaturo in zmanjšati polnilni tok. Seveda polnjenje baterije traja dlje, vendar je po mojem mnenju dovolj hitro.

Druga sprememba je bila zamenjava obeh LED indikatorjev na eno dvobarvno LED (rdeče-zeleno) skupno anodo. To sem naredil, da sem bolje izgledal in se prilagodil svoji zasnovi, vendar tega ni treba storiti.

In zadnja stvar, ki sem jo naredil z modulom polnilnika, je okrepitev spajkanja na straneh priključka mikro USB. Ta priključek je dovzeten za zaviranje, zato priporočam, da med kovinsko lupino priključka in tiskano vezje dodate več spajkanja. Z dejanskimi električnimi priključki na zadnji strani pa se ne bi zapletel. Pazite, da ne dodate preveč spajkanja, ker lahko pride v notranjost konektorja.

Videl sem napajalnike za plošče (brez baterij), ki se priklopijo na koncu plošče in bi lahko vzeli to zasnovo, če tako želite, vendar sem običajno dal arduino nanos na oba konca plošč in nisem hotel karkoli blokira njihov USB priključek.

3. korak: Indikator baterije (neobvezno)

Oblikujem zelo osnovni indikator baterije z dvobarvno LED (rdeče-zeleno), ki sveti zeleno, ko je baterija pri 50% (3,64 V) ali več; porumeni, ko je med 50% in 20% (3,64 V - 3,50 V); in rdeča, ko je pod 20% (3,50 V). Uporablja op-amp za ustvarjanje dveh schmittovih sprožilcev, ki preprečujejo utripanje LED na pragu.

Želel sem biti zelo kompakten, zato priporočam uporabo moje postavitve. Ali še bolje, naložite mojo datoteko gerber in naročite tiskano vezje po meri s spletnega mesta, kot je JLCPCB.com. Na ta način morate le spajkati komponente, ne da bi se ukvarjali s povezavami na tiskanem vezju. Trenutno imajo promocijo, kjer lahko kupite 10 majhnih tiskanih vezij za 2 USD in brezplačno poštnino za prvo naročilo.

PCB -je oblikujem na easyEDA, zato lahko naložite projekt in celo spremenite postavitev, kot želite.

Dvobarvna LED skupna katoda:

Dvobarvna LED skupna anoda:

4. korak: Montaža

Najprej spajkajte 3 kondenzatorje na izhod ojačevalnega pretvornika. Ti kondenzatorji pomagajo zmanjšati morebitne valove in hrup, ki jih povzroča ojačevalni pretvornik ali obremenitve na izhodu. Močno priporočam njihovo namestitev. Če teh natančnih vrednosti nimate, namesto tega vnesite podobne vrednosti.

Po preskusu glavnega vezja odrežite ploščo 2x8 cm, da naredite prostor za čepe, ki jih imajo nekatere plošče ob strani. Če tega ne storite, vaš akumulator ne bi bil združljiv z nekaterimi vrstami plošč, vsaj ne brez priključitve napajalnih tirnic nazaj. Vse plošče nimajo čepov na isti strani, nekatere pa imajo celo 4 čepe namesto tradicionalnih 3. Če se odločite, da boste baterijo zasnovali tako, da bo priključena na koncih plošč, boste morda morali narediti še nekaj prostora za čepi, ki jih imajo nekatere plošče tudi na teh koncih.

Moške 2 x 3 zatiče postavite na ploščo, da jih uporabite kot vodilo za njihovo spajkanje na ploščo v pravilnem položaju.

Na izhod dodajte diodo schottky (1A 40V ali več). Ta dioda ščiti katero koli komponento, priključeno na vodnik, pred visokonapetostnimi trni, ki jih povzročijo tuljave, kot so releji, motorji, induktorji, solenoidi itd. Poskrbite, da bo negativna stran diode (bela črta) na pozitivni strani izhoda.

Za etui/ovitek sem uporabil črni karton. Ni najboljša izbira, ker je vnetljiv, vendar lahko uporabite karkoli želite.

5. korak: Zaključek

Nekaj pomembnih nasvetov:

• Med polnjenjem ne uporabljajte napajalnika. Postopek polnjenja onemogoči nekaj zaščitnih funkcij, ki bi lahko poškodovale baterijo, obremenitev pa lahko povzroči prekomerno polnjenje. Če bi bila onemogočena zaščita pred pretokom, bi lahko poškodovali celo samo ploščo.
• Zaščita pred pretokom se odzove zelo hitro, zato izklopi napajanje, ko zazna kratek stik. Če želite to ponastaviti, izklopite napajanje za približno 3 sekunde.

Ustrezni podatki:

To so rezultati nekaterih mojih testov. Morda je drugačen od vašega, vendar ga lahko uporabite kot referenco, kaj lahko pričakujete:

• Čas polnjenja od praznega do polnega (pri 560 mA): 4:30 ure.
• Pri obremenitvi 50 mA je polna baterija zdržala 23 ur in 17 minut.
• Pri obremenitvi 500 mA je polna baterija zdržala 2 uri in 21 minut. To je približno 1630mAh na izhodu.
• Opazil sem največji stalen padec napetosti na izhodu 0,03 V, ko je priključen na obremenitev 500 mA, zato na splošno oddaja zelo stabilnih 5 V. Videl sem tudi druge manjše pretvornike za povečanje napetosti za 0,7 V pod 5 V (4,3 V), kar se mi zdi nesprejemljivo.
• Napetosti za indikator baterije so nastavljene na okoli 50% = 3,64 V, 20% = 3,50 V. Povratne informacije spremenijo vrednost na +/- 0,7V. Lahko poskusite z različnimi vrednostmi upora, da spremenite napetosti, pri katerih se LED vklopi/izklopi, vendar moje priporočene vrednosti temeljijo na mojih testih in izračunih in bi morale veljati za večino 18650 baterij.

Za dvojno kapaciteto je mogoče uporabiti dve bateriji vzporedno. Tudi jaz sem naredil to različico, vendar je očitno večja in težja, zato to ni moja prva izbira. Odločite se, katero različico boste zgradili.

To je to. Če imate vprašanje, mi sporočite.

Vso srečo.