Ešte ďalší najmenší regulovaný zosilňovač SMPS (bez SMD): 8 krokov

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

Celý názov projektu:

Ešte ďalší najmenší regulovaný zosilňovač napájania DC to DC meniča na svete s použitím technológie THT (priechodná diera) a bez SMD (zariadenie na povrchovú montáž)

Dobre, dobre, dostal si ma. Možno nie je menší ako tento vytvorený spoločnosťou Murata Manufacturing company, ale rozhodne je to niečo, čo si môžete postaviť sami doma pomocou bežne dostupných prvkov a nástrojov.

Mojou myšlienkou bolo vytvoriť kompaktný spínaný zdroj pre moje malé projekty založené na mikrokontroléroch.

Tento projekt je tiež akýmsi návodom, ako vytvárať cesty na DPS pomocou plného drôtu namiesto stavania ciest spájkovačkou.

Poďme na to!

Krok 1: Návrh

Môžete nájsť mnoho vlastných návrhov vreckových napájacích zdrojov, ale väčšina z nich, ktoré som našiel, mala 2 najväčšie nevýhody:

• Sú to lineárne napájacie zdroje, čo znamená, že nie sú veľmi účinné,
• Buď nie sú regulované, alebo sú regulované postupne

Môj zosilňovač je spínaný zdroj s plynulo regulovaným výstupným napätím (cez regulovaný odpor). Ak si chcete prečítať viac, na microchip.com je vynikajúci dokument, ktorý vysvetľuje rôzne architektúry, výhody a nevýhody používania SMPS.

Ako základný IC čip pre svoj napájací zdroj v spínacom režime som vybral veľmi populárny a bežne dostupný čip MC34063. Dá sa použiť na zostrojenie zosilňovača (zosilňovača) alebo zosilňovača zosilnenia (step-down) alebo pridania externých prvkov. Veľmi pekné vysvetlenie, ako navrhnúť SMPS pomocou MC34063, urobil Dave Jones vo svojom videu na YouTube. Dôrazne vám odporúčam, aby ste si to pozreli a dodržali výpočty hodnôt každého prvku.

Ak to nechcete robiť ručne, môžete podľa svojich potrieb použiť online kalkulačku pre MC34063. Môžete použiť tento od Madis Kaala alebo ten, ktorý je určený pre vyššie napätie na changpuak.ch.

Vybral som prvky, ktoré sa zhruba držali výpočtov:

Vybral som najväčšie kondenzátory, ktoré sa zmestili na dosku. Vstupné a výstupné kondenzátory sú 220 µF 16V. Potrebujete vyššie výstupné napätie alebo potrebujete vyššie vstupné napätie, vyberte vhodné kondenzátory

• Induktor L: 100 µH, toto bol jediný, ktorý som dostal s veľkosťou samotného čipu.
• Namiesto nejakej Shotkyho diódy som použil diódu 1N4001 (1A, 50V). Spínacia frekvencia tejto diódy je 15 kHz, čo je menej ako moja spínacia frekvencia, ktorú som použil, ale celý obvod nejako funguje dobre.
• Spínací kondenzátor Ct: 1nF (dáva spínaciu frekvenciu ~ 26kHz)
• Rezistor na ochranu prúdu Rsc: 0,22Ω
• Variabilný odpor, ktorý predstavuje pomer odporu R2 k R1: 20kΩ

TIPY

• Vyberte spínaciu frekvenciu (výberom vhodného spínacieho kondenzátora) v rozsahu vašej diódy (výberom Shotkyho diódy namiesto univerzálnej).
• Vyberte kondenzátory s väčším maximálnym napätím, ako chcete poskytnúť ako vstup (vstupný kondenzátor), alebo sa zapojte na výstup (výstupný kondenzátor). Napr. 16V kondenzátor na vstupe (s vyššou kapacitou) a 50V kondenzátor na výstupe (s menšou kapacitou), ale obidva sú relatívne rovnakej veľkosti.

Krok 2: Materiály a nástroje

Materiály, ktoré som použil, ale presné hodnoty závisia od vašich potrieb:

• Čip MC34063 (Amazon)
• Spínací kondenzátor: 1nF
• Vstupný kondenzátor: 16 V, 220 µF
• Výstupný kondenzátor: 16 V, 220 µF (odporúčam 50V, 4,7 µF)
• Rýchla spínacia dióda: 1N4001 (niektoré Shotky diódy sú oveľa rýchlejšie)
• Rezistor: 180Ω (ľubovoľná hodnota)
• Odpor: 0,22Ω
• Variabilný odpor: 0-20kΩ, ale môžete použiť 0-50kΩ
• Induktor: 100 uH
• Prototypová doska plošných spojov (BangGood.com)
• Niektoré krátke káble

Potrebné nástroje:

• Spájkovacia stanica (a pomôcky okolo nej: spájkovací drôt, v prípade potreby živica, niečo na čistenie hrotu atď.)
• Kliešte, diagonálne kliešte/bočné frézy
• Píla alebo rotačný nástroj na rezanie dosky
• Súbor
• Lepiaca páska (áno, ako nástroj, nie ako materiál)
• Vy

Krok 3: Umiestnenie prvkov - začiatok

Trávim veľa času organizovaním prvkov na doske v takejto konfigurácii, takže zaberá čo najmenej miesta. Po mnohých pokusoch a neúspechoch tento projekt predstavuje to, s čím som skončil. V tejto chvíli si myslím, že je to najoptimálnejšie umiestnenie prvkov pomocou iba 1 strany dosky.

Uvažoval som o umiestnení prvkov na obe strany, ale potom:

• spájkovanie by bolo skutočne komplikované
• V skutočnosti nezaberá menej miesta
• SMPS by mal nejaký nepravidelný tvar, takže by bol namontovaný napr. bažina alebo na 9V batérii veľmi ťažko dosiahnuteľné

Na pripojenie uzlov som použil techniku použitia holého drôtu, ohnúť ho v očakávanom tvare cesty a potom spájkovať s doskou. Preferujem túto techniku pred použitím spájky, pretože:

• Použitie spájky na „spájanie bodov“na doske plošných spojov považujem za šialené a akosi nevhodné. V dnešnej dobe spájkovací drôt obsahuje živicu, ktorá sa používa na deoxidáciu spájky a povrchu. Ale použitie spájky ako stavača cesty spôsobí, že sa živica odparí a ponechá niektoré oxidované časti vystavené, čo považujem za nie príliš dobré pre samotný obvod.
• Na PCB, ktorý som použil, je prepojenie 2 „bodiek“so spájkou takmer nemožné. Spájkovačka sa prilepí na „bodky“bez toho, aby medzi nimi bolo zamýšľané spojenie. Ak použijete DPS, kde sú „bodky“vyrobené z medi a sú veľmi blízko seba, potom je jednoduchšie nadviazať spojenie.
• Použitie spájky na vytváranie ciest používa iba … veľa spájky. Použitie drôtu je lacnejšie.
• V prípade chyby môže byť skutočne ťažké odstrániť starú spájkovaciu cestu a nahradiť ju novou. Použitie drôtenej cesty je relatívne oveľa jednoduchšia úloha.
• Použitie drôtov robí oveľa spoľahlivejšie pripojenie.

Nevýhodou je, že tvarovanie drôtu a jeho spájkovanie trvá viac času. Ale ak získate nejaké skúsenosti, už to nie je náročná úloha. Aspoň som si na to zvykol.

Tipy

• Hlavným pravidlom umiestnenia prvkov je odrezať prebytočné nohy na druhej strane dosky, čo najbližšie k doske. Neskôr nám to pomôže, keď umiestnime drôt na stavbu ciest.
• Na vytváranie ciest nepoužívajte nohy prvku. Spravidla je dobré to urobiť, ale ak urobíte chybu, alebo je potrebné vymeniť váš prvok (napr. Je pokazený), potom je skutočne ťažké to urobiť. Cestný drôt budete musieť aj tak prestrihnúť a pretože nohy sú ohnuté, vytiahnutie prvku z dosky môže byť náročné.
• Skúste vybudovať cesty zvnútra okruhu von alebo z jednej strany na druhú. Pokúste sa vyhnúť situácii, keď potrebujete vytvoriť cestu, ale ostatné cesty v okolí sú už vytvorené. Udržať dráhu cesty môže byť ťažké.
• Pred spájkovaním neodstrihnite cesto na konečnú dĺžku/tvar. Vezmite si dlhší drôt, vytvarujte ho, páskou držte dráhu v pozícii na doske, spájkujte ju a nakoniec odstrihnite na požadovaný bod (skontrolujte fotografie).

Krok 4: Umiestnenie prvkov - hlavná úloha

Musíte len postupovať podľa schémy a umiestniť prvok jeden po druhom, odstrihnúť prebytočné nohy, spájkovať ho čo najbližšie k doske, tvarovať cesto, spájkovať ho a rezať. Opakujte s ďalším prvkom.

Tip:

Na fotografiách si môžete pozrieť, ako som umiestnil každý prvok. Pokúste sa iba dodržať uvedenú schému. V niektorých zložitých obvodoch zaoberajúcich sa vysokými frekvenciami atď. Sú induktory umiestnené na doske oddelene kvôli magnetickému poľu, ktoré môže interferovať s inými prvkami. Ale v našom projekte nás tento prípad jednoducho nezaujíma. Preto som induktor umiestnil priamo na čip MC34063 a nestarám sa o žiadne rušenia

Krok 5: Rezanie dosky

Predtým musíte vedieť, že dosky plošných spojov sú skutočne tvrdé a preto je ťažké ich rezať. Skúsil som najskôr použiť rotačný nástroj (foto). Rezná línia je veľmi hladká, ale jej rezanie trvalo veľmi dlho. Rozhodol som sa prejsť na bežnú pílu na rezanie kovu a mne to všeobecne fungovalo.

Tipy:

• Pred spájkovaním všetkých prvkov odrežte dosku. Najprv umiestnite všetky prvky (bez spájkovania), označte rezné body, odstráňte všetky prvky, rozrežte dosku a potom vložte prvky späť a spájkujte ich. Počas rezania sa musíte starať o už spájkované prvky.
• Radšej by som namiesto rotačného nástroja použil pílu, ale je to pravdepodobne individuálna vec.

Krok 6: Tvarovanie

Po vyrezaní som pilníkom vyhladil okraje a zaoblil rohy.

Konečná veľkosť dosky bola 2,5 cm na dĺžku, 2 cm na šírku a 1,5 cm na výšku.

Projekt v hrubej forme je hotový. Čas na testovanie…

Krok 7: Testovanie prevádzky

Dosku som zapojil do LED pruhu (12 LED), ktorý potrebuje 12 V napájanie. Nastavil som vstup 5 V (rozdelený na port USB) a pomocou regulovaného odporu nastavil výstup 12 V. Funguje to perfektne. Kvôli relatívne vysokému odberu prúdu sa čip MC34063 zahrieval. Okruh som nechal niekoľko minút zapnutý LED diódou a bol stabilný.

Krok 8: Konečný výsledok

Považujem za veľký úspech, že taký malý SMPS môže napájať tento druh prúdu odoberajúceho zariadenia ako 12 LED diód.