Napájanie USB s premenlivým napätím: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Už nejaký čas mám predstavu o variabilnom napájaní napájanom z USB. Ako som ho navrhol, urobil som ho o niečo univerzálnejším, čo umožňovalo nielen USB vstup, ale čokoľvek od 3 VDC do 8 VDC cez USB konektor alebo pomocou banánkových konektorov. Výstup používa typ konektora, ktorý by ste videli na nástennej bradavici, a dva banánkové konektory. Ak do neho napájate 5 voltov, môžete meniť výkon od 1,3 voltov do 20 voltov mierne zaťažených nižším napätím až do 200 mA. Predná strana je vybavená digitálnym displejom, ktorý zobrazuje napätie a prúd pri záťaži. Na obrázku vyššie dodávam mini osciloskop s napätím 9 voltov pri 120 mA z 5 -voltového zdroja USB z terminálu USB prenosného počítača.

Zásoby:

Časti

(1) 240 ohmový odpor, 1/4 wattu

(1) Rezistor 67 k, 1/4 wattu

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

(3) 1 k odpory, 1/4 wattu

(3) 2N3904 tranzistory

(1) IRF520 Mosfet alebo ekvivalent

(2) Spínacie diódy 1N914

(1) 1N4007 dióda

(2) 0,01 uF keramické kondenzátory (podľa schémy je jednoduchšie získať 8 nF alebo 0,008 uF, ale 0,01 uF)

(2) 10 uF elektrolytických kondenzátorov, 50 voltov

(1) 470 uF elektrolytický kondenzátor 50 voltov

(1) 56 uH induktor (v prípade potreby je možné navinúť na malý toroid)

(1) 100 000 hrniec

(1) 5k 1/2 wattový potenciometer, lineárne zúženie

(1) IC čip regulátora napätia LM317 IC

(4) banánové zdviháky (muži)

(1) štandardný konektor USB (samec)

(1) modul ampérmetra digitálneho voltmetra

(1) Bývanie

(1) Perf alebo prototypová doska

(1) čierny gombík so skrutkovačom

Teplom zmrštiteľné hadičky

Pripojovací drôt rôznych farieb

Rýčové konektory (rôzne veľkosti)

Chladič a silikónová zmes pre LM317

Nástroje

Spájkovačka, spájkovačka, tavné lepidlo, vŕtačka s vrtákmi, rôzne skrutkovače, rôzne typy malých klieští, multimetr a osciloskop

Krok 1: Získanie dielov

Zámerne som použil diely, ktoré sa dajú ľahko nájsť a ktoré je možné zachrániť zo zlikvidovaných elektronických dosiek. LM317 IC je veľmi bežný a tranzistory 2N3904 slúžia na všeobecné účely a je možné nimi nahradiť mnoho rôznych typov. Mosfet je tiež veľmi bežný a ako náhrada je možné použiť aj iné typy, pokiaľ je náhradou N-kanálový Mosfet a má podobné hodnotenia. Induktor nie je kritický a je možné použiť mnoho z rozsahu 50 až 200 nH. Za týmto účelom ich zachraňujem z použitých dosiek žiaroviek CFL. Je možné použiť akýkoľvek typ projektového boxu. Mal som po ruke, ale lacnejší čierny je úplne vhodný. Pokiaľ ide o používanie dosky perf, je to moja osobná voľba pre jednoduchosť vykonávania úprav.

Krok 2: Teória za obvodom

Vyššie uvedené fotografie priebehu zobrazujú priebeh vlny. Prvý ukazuje priebeh na výstupe astabilného multivibrátora v hornej časti pravej diódy 1N914. Druhý ukazuje tvar vlny na bráne IRF520 a posledný zobrazuje priebeh vlny na zdroji IRF520.

Obvod používa dva tranzistorové astabilné multivibrátory pracujúce na frekvencii 18 kHz. Výstup štvorcových vĺn je odobratý z hornej časti jednej z dvoch diód 1N914. Tranzistory sú bežné 2N3904. Nízkonapäťová štvorcová vlna je zosilnená ďalším tranzistorom 2N3904, ktorý je predpätou triedou C. Tranzistor zosilňuje vstupnú štvorcovú vlnu faktorom asi 10, kde prechádza elektrolytickým kondenzátorom a 100k potenciometrom, než sa aplikuje na bránu mosfetu IRF520.. Mosfet je zapojený ako zosilňovač s napájacím zdrojom so svorkou 56 uH, ktorá sa vracia k 5 voltovému zdroju. Keď je Mosfet zapnutý a potom náhle vypnutý, vytvorí sa magnetické pole v induktore, ktoré sa zrúti a vytvára spätný EMF. Toto spätné EMF napätie môže pretekať diódou 1N4007 a je v sérii so zdrojovým napätím. Toto sa nabíja až do pridania dvoch napätí cez 470 uF elektrolytickej špičky kondenzátora je čip regulátora napätia LM317 konfigurovaný ako nastaviteľný zdroj napájania, ktorý je nastavený potenciometrom 5 k. Nezaťažené napätie je nastaviteľné od 1,3 voltov do 20 voltov. Do obvodu je zapojený digitálny voltmetr a ampérmeter, aby na prednom paneli poskytovali správne hodnoty napätia a prúdu.

Krok 3: Zostavte astabilný multivibrátor a zistite, či funguje

Zostavte Astable Multivibrator dohromady ako na obrázku. Zapnite 5 voltov a priebeh na kolektore druhého tranzistora by mal vyzerať ako píla na druhej fotografii s frekvenciou približne 18 kHz.

Krok 4: Pridajte sekcie vyrovnávacej pamäte/zosilňovača a zosilňovača

Keď sa zistí, že astabilný multivibrátor funguje, môžete pridať sekciu vyrovnávacieho tranzistora. Na nastavenie úrovne vstupného signálu do systému Mosfet sa pridá trimer 100 K. Po montáži Mosfetu, pričom vykonajte antistatické opatrenia, nainštalujte diódu a elektrolytický kondenzátor. Pred inštaláciou týchto dielov možno budete chcieť experimentovať s ich umiestnením na dosku experimentátora a vyskúšať rôzne hodnoty induktora. Rozobral som veľa CFL a zistil som, že induktory sú na tento účel perfektné, okrem toho, že sa zahriali a prešlo nimi viac ako 100 mA. Zistil som, že tento induktor je perfektný, pretože používa hrubší drôt. Môžete použiť induktory od 50 do 200 uH a pri tejto frekvencii dosiahnete dobré výsledky. Pri experimentovaní by som odporučil riadiť Mosfet z generátora funkcií. Choďte od 0,5 voltu k vrcholu až k 5 voltom k vrcholu. Vložte voltmetr na kondenzátor 470 uF a sledujte, ako sa napätie na kondenzátore mnohonásobne zvyšuje na vstupné napätie. Keď bol môj vybitý, zvýšil sa na viac ako 30 voltov. Zaistite, aby bol váš elektrolytický výkon 470 uF dimenzovaný najmenej na 50 voltov.

Kompaktné fluorescenčné svetlo CFL

Krok 5: Pridajte obvod LM317

Akonáhle ste spokojní s výkonom sekcie zosilňovača Mosfet, môžete nainštalovať LM317 a jeho chladič. Zistil som, že LM317 sa zahrial a potreboval chladič, ale nie Mosfet. Ak sa cievka zahreje, môžete si vyrobiť chladič z hliníkovej fólie a trochy lepidla. Použil som malý kúsok plechu voľne ohnutý okolo cievky a nalepený na mieste tavným lepidlom.

Krok 6: Vyvŕtajte otvory do puzdra, nasaďte banánové zdviháky a namontujte digitálny displej na prednú stranu

Na prednom paneli vyvŕtajte otvory pre potenciometer (1), (4) otvory pre banánové konektory a (2) pre kábel USB a zástrčku typu adaptéra. Namontujte obvodovú dosku na miesto znázornené na obrázku a zapojte všetko dohromady. Zistil som, že banánové sviečky, ktoré som použil, fungovali lepšie s konektormi rydla, ktoré boli k nim pripojené. Niektoré značky majú spájkovacie konektory na zadnej strane, takže to závisí od typu konektora, ktorý používate.

Dosku na spodnej časti puzdra som zaistil trochou tavného lepidla pre ľahké odstránenie, ak chcem vykonať úpravy v obvode. Predný kus z čierneho plastu bol odrezaný, aby sa zmestil na plochu panela merača. Bola zaistená tavným lepidlom. Hneď ako boli všetky zdviháky na svojom mieste, panel bol tiež pripevnený pomocou tavného lepidla.

Krok 7: Konečná montáž a testovanie

Poslednou položkou na zapojenie do zariadenia je modul napätia/prúdu. Modul je dodávaný s čiernym a bielym vodičom, ktoré slúžia na napájanie vstupného napätia. Oranžový vodič sníma kladné napätie na výstupe. Existujú dva hrubé čierne a červené drôty, ktoré smerujú k súčasnému skratu. Idú do série s výstupným zaťažením, aby ste vedeli, koľko prúdu odoberá vaše zaťaženie. Merače sa nezaregistrujú, ak dáte polaritu opačne. Zistil som, že z nejakého dôvodu prúd pre mňa nečítal presne, takže som musel experimentovať s rôznymi hrúbkami a typmi drôtov. Akonáhle som získal správne hodnoty prúdu, spájkoval som vodiče priamo na svorky na module, čím som sa zbavil poskytovaných pripojení. Toto mohol byť problém iba s modulom, ktorý som používal.

Toto zariadenie začne pracovať okolo vstupu 3 VDC a pri tomto napätí vám poskytne výstup až 7 voltov pri 60 mA. So vstupom 5 voltov vám poskytne maximálne 11 voltov pri 120 mA nepretržite bez prehriatia akýchkoľvek komponentov. Lepší odvod tepla vám poskytne vyššie prúdy. To bolo v rozsahu, na ktorý som ho chcel použiť.