Variabilný napájací zdroj (Buck Converter): 4 kroky (s obrázkami)

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

Napájanie je základným zariadením pri práci s elektronikou. Ak chcete vedieť, koľko energie váš obvod spotrebúva, budete musieť vykonať merania napätia a prúdu a potom ich znásobiť, aby ste získali energiu. Taká časovo náročná práca. To je ešte ťažšie, ak chcete nepretržite monitorovať výkon počas určitého časového obdobia. Nechajte svoj mikrokontrolér vykonať všetku ťažkú prácu. V tomto videu uvidíme, ako vyrobiť lacný variabilný napájací zdroj a naučiť sa, ako funguje.

Začnime

Krok 1: Buck Converter a jeho fungovanie

Pozrime sa na tento modul založený na IC LM2596, ktorý na výstupných svorkách poskytuje premenlivé jednosmerné napätie. Aby som obvod poriadne študoval, vytiahol som multimetr, prepol ho do režimu spojitosti a začal sondovať, aby som zistil, čo s čím súvisí. Po nejakom sondovaní som prišiel na obvod podľa obrázku. Toto je prevodník Buck, známy tiež ako prevodník s postupným znižovaním. Zmena potenciometra dáva napätie medzi 1,25 V a vstupným napätím. Keď sa pozrieme na katalógový list LM2596, zistíme, že ide o jednoduché prepínacie zariadenie s niektorými funkciami, ktoré zatiaľ môžeme ignorovať.

Aby sme to pochopili jasne, môžeme niektorú časť obvodu nahradiť jednoduchým prepínačom, ako je to znázornené na obrázku.

Prípad 1: Prepínač je zatvorený (tony)

Keď je spínač zatvorený, prúd preteká záťažou. Toto napája induktor, ktorý ukladá energiu do svojho magnetického poľa. Dióda je reverzne predpätá a funguje ako otvorený obvod.

Prípad 2: Prepínač je otvorený (Toff)

Keď je spínač otvorený, magnetické pole induktora sa zrúti, čo indukuje emf, a preto prúd preteká záťažou a diódou, ktorá je teraz predpätá dopredu.

Úlohou kondenzátora je znížiť obsah zvlnenia vo výstupnom priebehu. To sa robí znova a znova.

Prúd pretekajúci záťažou bude vyzerať ako na obrázku. Prúd bude počas Tona stúpať a počas Toffa klesať. Vykonaním niekoľkých matematických činností môžeme prísť na vzorec

Vout = α x Vin

kde „α“je známy ako pracovný cyklus, ktorý sa rovná Ton/T. Pretože sa α líši od 0 do 1, vidíme, že výstupné napätie je zlomkom vstupného napätia.

Krok 2: Veci, ktoré budete potrebovať

1x Arduino podľa vášho výberu (čím menšie, tým lepšie)

1x Monitor napájania INA219

1x modul LM2596

1x Regulátor napätia LM7805

1x OLED displej (128 x 64)

1x Zásuvka jednosmerného prúdu

2x Svorkovnice

1x prepínač SPDT

1x 10k potenciometer (ak je to možné, použite presný 10otáčkový hrniec)

1x Krabička

Krok 3: Prejdeme k stavbe

Dosť bolo teórie. Zhromaždime všetky požadované súčiastky a vybudujme lacný malý zdroj napájania pomocou tohto prevodníka. Schéma zapojenia a kód sú priložené tu. Uistite sa, že nainštalujete knižnice SSD1306 a INA219 od spoločnosti Adafruit.

Aby som získal všetky požadované merania, išiel som s INA219. Jedná sa o obojsmerný monitor napájania s I2C. Toto malé zariadenie uľahčuje prácu pri meraní prúdu.

Na I2C budeme používať iba dva piny Arduina. V čase tvorby projektu som mal iba Arduino Nano. Možno použiť menšiu alternatívu.

Odspájkoval som malý potenciometer, ktorý bol na doske plošných spojov, a nahradil som ho 10k potenciometrom, ktorý bol pripevnený v prednej časti škatule. Ak je to možné, použite desaťotáčkový presný potenciometer. Pomôže to pri jemných úpravách.

Na zobrazenie všetkých meraní z INA219 sa používa malý 0,96 palcový OLED displej 128 x 64 pixelov.

Nakoniec malý kryt, do ktorého sa všetko zmestí. Buďte kreatívni pri výbere rozloženia komponentov, pokiaľ je to rozumné.

Krok 4: Užite si to

To je všetko! Nahrajte kód a začnite hrať so svojim malým zariadením. Nezabudnite, že maximálny prúd, ktorý je možné odoberať z prevodníka, je 3A. Tento typ modulu nemá žiadnu ochranu proti skratu.

Ďakujem, že ste vydržali až do konca. Dúfam, že sa vám tento projekt páči a že ste sa dnes dozvedeli niečo nové. Dajte mi vedieť, ak si jeden vyrobíte pre seba. Prihláste sa na odber môjho kanála YouTube a získajte ďalšie nadchádzajúce projekty. Ešte raz ďakujem!