DIY napájanie na chlebovú dosku: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Vždy som chcel prenosný napájací zdroj špeciálne vyrobený pre chlebové dosky. Keďže som ho nenašiel na predaj, musel som si vyrobiť vlastný. Pozývam vás, aby ste urobili to isté.

PCB sponzorovaná spoločnosťou JLCPCB. 2 doláre za PCB a doprava zdarma Prvá objednávka:

Vlastnosti:

• Výstupy 5V 1A.
• Pripojí sa k akémukoľvek štandardnému 400 alebo 830 -bodovému breadboardu.
• Nabíjačka s prebíjaním, prebíjaním a nadprúdovou ochranou.
• Indikátor batérie s dvojfarebnou LED diódou (zelená 50-100%, žltá 20-50%, červená 0-20%).
• Nízky výstup zvlnenia/šumu s diódou potlačenia.

Krok 1: Materiály

Hlavné materiály:

• Lítium-iónová batéria 18650. Vzal som si ten svoj z pokazeného prenosného počítača. Na tento projekt som použil jednu, aby bolo všetko čo najkompaktnejšie/najľahšie, ale na zvýšenie kapacity môžete použiť súbežne dve batérie. Ak používate dve batérie, uistite sa, že sú 100% rovnakej značky, modelu, veku/opotrebenia a kapacity a majú podobný náboj v okamihu, keď ich pripojíte. Kúpite tu:
• Modul nabíjačky TP4056 s ochranou batérie. Existuje verzia bez ochrany batérie, ktorú by ste si nemali kupovať. Uistite sa, že si kúpite ten, ktorý má 6 spojení, rovnako ako na obrázku. Kúpte tu:
• Modul prevodníka zosilnenia MT3608. Má potenciometer na výber napätia. V tomto prípade volím 5V. Kúpite tu:
• Samosvorné tlačidlo s napätím 3A/125V s priemerom otvoru 12 mm. Kúpte tu:
• 470 µF 25V elektrolytický kondenzátor. Keď zavedieme značné zaťaženie, zníži sa pokles napätia. Kúpite tu:
• Keramický kondenzátor 100nF. Znižuje zvlnenie/šum pri vysokých frekvenciách. Kúpte tu:
• 1nF keramický kondenzátor. Znižuje zvlnenie/šum veľmi vysokých frekvencií. Kúpte tu:
• Schottkyho dióda 1A 40V. Toto má chrániť komponenty pripojené na doske pred špičkami vysokého napätia spôsobenými akoukoľvek cievkou v obvode. Kúpite tu:
• 2x8 cm perfboard. Kúpite tu:
• X2 dvojradové zásuvkové kolíky 2x3 2,54 mm. Niektoré lacné arduino nanos sú dodávané s nimi a zvyčajne ich nespájkujem, takže som ich zobral pre tento projekt. Môžete si ich kúpiť s uhlom 90 stupňov, čo by mohla byť lepšia možnosť na uľahčenie inštalácie. Kúpte tu:

• Epoxid:

Poznámka: Ako spolupracovník Amazonu zarábam na kvalifikovaných nákupoch.

Materiály pre indikátor batérie (voliteľné):

• 3mm dvojfarebná LED (červeno-zelená). Vložil som diagramy a súbory Gerber pre PCB pre bežné anódy a bežné katódové LED diódy, aby fungovalo jedno aj druhé. Uistite sa, že má dostatočnú difúziu, ktorá pri súčasnom otáčaní oboch LED diód povedie k rovnomernej žltej farbe. Existuje mnoho dvojfarebných diód LED zlej kvality, kde sa obe farby zle miešajú. Kúpite tu:
• Operačný zosilňovač NE5532P. Kúpte tu:
• S8050 NPN tranzistor. Prakticky by však fungoval akýkoľvek tranzistor NPN. Kúpte tu:

• Rezistory (1% z 1/4W alebo 1/8W):

  • R1: 6,2 K pre zápornú stranu deliča napätia operačného zosilňovača 2IN+, ktorý riadi, keď sa rozsvieti červená LED. Kúpte tu:
  • R2: 2,2 K pre kladnú stranu deliča napätia pre operačný zosilňovač 2IN+, ktorý riadi, keď sa rozsvieti červená LED. Kúpte si súpravu rezistorov, ktorá obsahuje túto hodnotu a väčšinu ostatných:
  • R3: 51K pre spätnú väzbu na zmenu referenčného napätia, keď sa červená LED rozsvieti, aby mala pevný prechod.
  • R4: 2K pre červenú LED. Táto hodnota sa môže líšiť v závislosti od LED diódy.
  • R5: 6,8 K pre negatívnu stranu deliča napätia pre operačný zosilňovač 1 IN- ktorý kontroluje, kedy zelená LED zhasne.
  • R6: 2,7 K pre kladnú stranu deliča napätia pre operačný zosilňovač 1 IN- ktorý kontroluje, kedy zelená LED zhasne. Kúpite tu:
  • R7: 100K pre spätnú väzbu na zmenu referenčného napätia, keď zelená LED zhasne, aby mala plynulý prechod.
  • R8: 100 pre zelenú LED. Táto hodnota sa môže líšiť v závislosti od LED diódy.
  • R9: 5,1 K pre vstup tranzistora. Tranzistor NPN funguje ako menič výstupu, takže spätná väzba má správnu polaritu.
  • R10: Stiahnutie 2K pre vstup tranzistora.

Poznámka: Všetky hodnoty odporu pre rozdeľovače napätia a spätnú väzbu sú veľmi dôležité pre dosiahnutie požadovaného výsledku. Ak zmeníte jednu hodnotu odporu, možno budete chcieť na kompenzáciu zmeniť aj ostatné rezistory. Alebo ak chcete zámerne zmeniť napätie na miestach, kde sa LED diódy zapínajú/vypínajú, môžete to urobiť zmenou hodnôt týchto rezistorov.

Voliteľné materiály:

• 3mm dvojfarebná LED (červeno-zelená) spoločná anóda pre indikátor nabíjačky. Modul nabíjačky má dve vstavané diódy LED: jedna červená znamená, že sa nabíja; a modrá farba znamená, že proces nabíjania sa skončil. Táto dvojfarebná dióda LED môže nahradiť tieto diódy LED, ak chcete. Kúpite tu:
• 2,2K odpor, ktorý nahradí R3 na nabíjacom module, aby sa maximálny nabíjací prúd nastavil na približne 500mA, namiesto 1A v predvolenom nastavení. Je to odpor na povrchovú montáž, ale keďže kupujem iba odpory s otvorom, použil som to.

Krok 2: Príprava

Pred spájkovaním vyskúšajte všetky súčiastky, najmä moduly.

Zosilňovač má potenciometer na výber výstupného napätia. Pred spájkovaním k iným komponentom ho nechajte na 5V, pretože nechcete, aby bol pri prvom zapnutí so všetkým pripojeným nastavený na vysoké napätie. Na indikátore batérie by ste mohli vyhodiť elektrolytický kondenzátor alebo spáliť operačný zosilňovač. Ak chcete nastaviť zosilňovač, musíte ho pripojiť k batérii a multimetru. Otočením v smere hodinových ručičiek znížite napätie; otočením proti smeru hodinových ručičiek zvýšite napätie.

Ak plánujete vykonať nejaké úpravy modulu nabíjačky, urobte to teraz pred pripojením k iným komponentom. Vykonal som tri úpravy. Najprv nahradím odpor R3 na 2,2 K, aby som nastavil maximálny nabíjací prúd okolo 500 mA, namiesto 1A, ktorý je predvolene. Dôvodom je, že IC sa pri nabíjaní poriadne zahreje. Chcel som znížiť teplotu znížením nabíjacieho prúdu. Nabíjanie batérie samozrejme trvá dlhšie, ale podľa mňa je dostatočne rýchle.

Druhou úpravou bola výmena dvoch indikátorov LED za jednu dvojfarebnú LED (červeno-zelenú) spoločnú anódu. Urobil som to, aby som vyzeral lepšie a zodpovedal môjmu návrhu, ale to nemusíte.

A posledná vec, ktorú som modulu nabíjačky urobil, je zosilnenie spájkovania na bokoch konektora micro USB. Tento konektor je náchylný na brzdenie, preto odporúčam pridať viac spájky medzi kovovú škrupinu konektora a dosku plošných spojov. Nezahrával by som si však so skutočnými elektrickými pripojeniami na zadnej strane. Dávajte pozor, aby ste nepridali príliš veľa spájky, pretože by sa mohla dostať dovnútra konektora a rušiť ho.

Videl som napájacie adaptéry pre doštičky (bez batérií), ktoré sa pripájajú na koniec dosky a môžete to vziať, ak to chcete, ale zvyčajne som na obidva konce dosiek dal arduino nanos. čokoľvek, čo blokuje ich konektor USB.

Krok 3: Indikátor batérie (voliteľné)

Navrhujem veľmi jednoduchý indikátor batérie s dvojfarebnou diódou LED (červeno-zelená), ktorá svieti zelene, keď je batéria 50% (3,64 V) alebo viac; zožltne, keď je medzi 50% a 20% (3,64 V - 3,50 V); a červená, keď je pod 20% (3,50 V). Používa operačný zosilňovač na vytvorenie dvoch schmittových spúšťačov, ktoré zabránia blikaniu diód LED na prahu.

Chcel som byť veľmi kompaktný, takže odporúčam použiť svoje rozloženie. Alebo ešte lepšie, nahrajte môj súbor gerber a objednajte si svoj vlastný PCB z webovej stránky, ako je JLCPCB.com. Týmto spôsobom stačí spájkovať súčiastky bez toho, aby ste sa museli zaoberať spojmi na doske plošných spojov. Práve teraz majú akciu, kde si môžete kúpiť 10 malých PCB za 2 USD a pri prvej objednávke dopravu zadarmo.

DPS navrhujem na easyEDA, takže môžete načítať projekt a dokonca zmeniť rozloženie tak, ako chcete.

Dvojfarebná spoločná katóda LED:

Dvojfarebná spoločná anóda LED:

Krok 4: Zostavenie

Najprv spájkujte 3 kondenzátory s výstupom zosilňovača. Tieto kondenzátory pomáhajú znižovať zvlnenie a hluk spôsobené zosilňovačom alebo záťažou na výstupe. Dôrazne odporúčam ich inštaláciu. Ak tieto presné hodnoty nemáte, zadajte namiesto nich podobné hodnoty.

Po testovaní hlavného obvodu odrežte 2 x 8 cm perfboard, aby ste vytvorili priestor pre čapy, ktoré majú niektoré bochníky na boku. Ak to neurobíte, vaša batéria nebude kompatibilná s niektorými typmi dosiek, prinajmenšom bez pripojenia napájacích líšt dozadu. Nie všetky platne majú kolíky na tej istej strane a niektoré majú dokonca 4 kolíky namiesto tradičných 3. Ak sa rozhodnete navrhnúť batériu, ktorá sa má zasunúť na konce dosiek, možno budete stále potrebovať priestor na čapy, ktoré majú na týchto koncoch aj niektoré doštičky.

Umiestnite kolíky 2x3 na chlebovú dosku a použite ich ako vodidlo na ich spájkovanie s perfboardom v správnej polohe.

Pridajte na výstup schottkyho diódu (1A 40V alebo viac). Táto dióda chráni akýkoľvek komponent pripojený k napájacej lište pred špičkami vysokého napätia spôsobenými cievkami, ako sú relé, motory, induktory, solenoidy atď. Uistite sa, že záporná strana diódy (biela čiara) smeruje na kladnú stranu výstupu.

Na puzdro/kryt som použil čierny kartón. Nie je to najlepšia voľba, pretože je horľavý, ale môžete použiť čokoľvek, čo chcete.

Krok 5: Záver

Niekoľko dôležitých rád:

• Počas nabíjania nepoužívajte powerbanku. Proces nabíjania deaktivuje niekoľko ochranných funkcií, ktoré by mohli batériu poškodiť a záťaž by mohla spôsobiť situáciu s prebitím. Vypnutie nadprúdovej ochrany by mohlo poškodiť dokonca aj samotný dosku.
• Nadprúdová ochrana reaguje skutočne rýchlo, takže pri detekcii skratu vypne napájanie. Ak to chcete resetovať, vypnite napájanie na približne 3 sekundy.

Relevantné údaje:

Toto sú výsledky niektorých z mojich testov. Môže sa líšiť od vášho, ale môžete ho použiť ako referenciu na to, čo môžete očakávať:

• Čas nabíjania z prázdneho na plný (pri 560mA): 4:30 hodiny.
• Pri záťaži 50mA vydržala plná batéria 23 hodín a 17 minút.
• Pri záťaži 500mA vydržala plná batéria 2 hodiny a 21 minút. To je na výstupe približne 1630 mAh.
• Pri pripojení k záťaži 500mA som pozoroval maximálny konštantný pokles napätia na výstupe 0,03V, takže celkovo vydáva veľmi stabilných 5V. Videl som iné menšie zosilňovače, kde znižujú napätie o 0,7 V pod 5 V (4,3 V), čo považujem za neprijateľné.
• Napätia pre indikátor batérie sú nastavené na približne 50% = 3,64 V, 20% = 3,50 V. Spätná väzba zmení hodnotu na +/- 0,7V. Môžete vyskúšať rôzne hodnoty odporu, aby ste zmenili napätie, pri ktorom sa diódy LED zapnú/vypnú, ale moje odporúčané hodnoty sú založené na mojich testoch a výpočtoch a mali by platiť pre väčšinu batérií 18 650.

Na zdvojnásobenie kapacity je možné použiť súčasne dve batérie. Túto verziu som postavil aj ja, ale zrejme je väčšia a ťažšia, takže to nie je moja prvá voľba. Vy sa rozhodnete, ktorú verziu postavíte.

To je všetko. Ak máte otázku, dajte mi vedieť.

Veľa štastia.