Источник питания переменного тока USB: 7 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:04

Некоторое время у меня была идея источника переменного тока с питанием от USB. Создавая его, я сделал его немного более универсальным, позволяя использовать не только USB-вход, но и все от 3 до 8 В постоянного тока через USB-штекер или банановые штекеры. На выходе используется тип разъема, который можно увидеть в настенной бородавке, и два разъема типа «банан». Если вы подадите на него 5 вольт, вы можете изменить выходное напряжение от 1,3 до 20 вольт при небольшой нагрузке с более низкими напряжениями до 200 мА. На передней панели имеется цифровой дисплей, на котором отображается напряжение и ток, идущие к нагрузке. На картинке выше я питаю мини-осциллограф напряжением 9 В при 120 мА от 5-вольтового USB-источника питания от USB-терминала ноутбука.

Запасы:

Запчасти

(1) резистор 240 Ом, 1/4 Вт

(1) резистор 67 кОм, 1/4 ватта

(2) резистора 4,7 кОм 1/4 ватта

(3) резисторы 1 кОм, 1/4 Вт

(3) транзисторы 2N3904

(1) IRF520 Mosfet или аналогичный

(2) переключающих диода 1N914

(1) диод 1N4007

(2) Керамические конденсаторы 0,01 мкФ (на схеме указано 8 нФ или 0,008 мкФ, но 0,01 мкФ получить легче)

(2) электролитические конденсаторы 10 мкФ, 50 вольт

(1) Электролитический конденсатор емкостью 470 мкФ, 50 вольт

(1) Индуктор 56 мкГн (при желании может быть намотан на небольшой тороид)

(1) 100k обрезной горшок

(1) потенциометр 5 кОм 1/2 Вт, линейный конус

(1) микросхема регулятора напряжения IC LM317

(4) банановые гнезда (самец)

(1) разъем USB стандартного размера (вилка)

(1) модуль цифрового вольтметра-амперметра

(1) Корпус

(1) Перфорированная или макетная плата

(1) черная ручка с винтом для затяжки

Термоусадочные трубки

Различные цвета соединительного провода

Соединители лопатки (разные размеры)

Радиатор и силиконовый компаунд для LM317

Инструменты

Паяльник, припой, термоклей, сверло со сверлами, разные отвертки, разные типы маленьких плоскогубцев, мультиметр и осциллограф

Шаг 1: Получение запчастей

Я намеренно использовал детали, которые легко найти и которые можно выбросить из старых электронных плат. Микросхема LM317 очень распространена, а транзисторы 2N3904 являются универсальными, и их можно заменить многими различными типами. Mosfet также очень распространен, и другие типы могут использоваться в качестве замены, если заменой является N-канальный Mosfet и имеет аналогичные рейтинги. Индуктор не является критическим, и можно использовать многие из них в диапазоне от 50 до 200 нГн. Для этого спасаю их из отработанных плат драйверов ламп КЛЛ. Можно использовать любой тип проектной коробки. Этот у меня был под рукой, но подойдет более дешевый черный. Что касается перфокартона, то это мой личный выбор из-за простоты внесения изменений.

Шаг 2: теория, лежащая в основе схемы

На фотографиях формы волны выше показано ее изменение. Первый показывает форму волны на выходе нестабильного мультивибратора в верхней части правого диода 1N914. Второй показывает форму волны на затворе IRF520, а последний показывает форму волны на источнике IRF520.

В схеме используется двухтранзисторный нестабильный мультивибратор, работающий на частоте 18 кГц. Выходной прямоугольный сигнал снимается с верхней части одного из двух диодов 1N914. Транзисторы обычные 2N3904's. Прямоугольная волна низкого напряжения усиливается другим транзистором 2N3904, который имеет класс смещения C. Транзистор усиливает прямоугольную волну на входе примерно в 10 раз, когда она проходит через электролитический конденсатор и потенциометр 100 кОм перед подачей на затвор МОП-транзистора IRF520.. Mosfet подключен как повышающий прерыватель с выводом источника, имеющим дроссель 56 мкГн, возвращающийся к источнику питания 5 В. Когда Mosfet включается, а затем резко выключается, магнитное поле в катушке индуктивности формируется, а затем коллапсирует, создавая обратную ЭДС. Это напряжение обратной ЭДС может проходить через диод 1N4007 и находится последовательно с напряжением источника. Это заряжает до сложения двух напряжений на электролитическом элементе емкостью 470 мкФ. Перед конденсатором находится микросхема регулятора напряжения LM317, сконфигурированная как регулируемый источник питания, который регулируется потенциометром 5k. Напряжение без нагрузки регулируется в диапазоне от 1,3 до 20 вольт. Цифровой вольтметр и амперметр подключены к цепи, чтобы давать правильные показания напряжения и тока на передней панели.

Шаг 3. Создайте нестабильный мультивибратор и посмотрите, работает ли он

Соберите Astable Multivibrator, как показано на рисунке. Включите питание 5 вольт, и форма волны на коллекторе второго транзистора должна выглядеть как пилообразный зуб на второй фотографии с частотой примерно 18 кГц.

Шаг 4: Добавьте секции буфера / усилителя и повышающего преобразователя

Как только будет определено, что нестабильный мультивибратор работает, вы можете добавить секцию буферного транзистора. Подстроечный потенциометр 100 K добавлен для установки уровня входного сигнала на Mosfet. После установки Mosfet, соблюдая антистатические меры предосторожности, установите диод и электролитический конденсатор. Перед установкой этих деталей вы можете поэкспериментировать, поместив их на доску экспериментатора, пробуя различные значения индуктивности. Я разобрал кучу КЛЛ и обнаружил, что катушки индуктивности идеально подходят для этой цели, за исключением того, что они нагреваются, когда через них проходит ток более 100 мА. Я нашел этот индуктор идеальным, поскольку в нем используется более толстый провод. Вы можете использовать индукторы от 50 до 200 мкГн, и вы получите хорошие результаты на этой частоте. Я бы порекомендовал управлять Mosfet от генератора функций во время экспериментов. Переходите от пика 0,5 В к пику до 5 В от пика к пику. Подключите вольтметр к конденсатору емкостью 470 мкФ и посмотрите, как напряжение на конденсаторе во много раз превышает входное напряжение. В разряженном состоянии моя поднялась до 30 вольт. Убедитесь, что ваш электролит на 470 мкФ рассчитан на напряжение не менее 50 вольт.

Компактный люминесцентный светильник CFL

Шаг 5: Добавьте схему LM317

Как только вы будете удовлетворены производительностью секции повышающего преобразователя Mosfet, вы можете установить LM317 и его радиатор. Я обнаружил, что LM317 сильно нагрелся, ему нужен радиатор, но не Mosfet. Если катушка нагревается, можно сделать радиатор из алюминиевой фольги и немного клея. Я использовал небольшой кусок листового металла, свободно согнутый вокруг катушки и приклеенный на место термоклеем.

Шаг 6: Просверлите отверстия в корпусе, прикрепите банановые домкраты и установите цифровой дисплей спереди

Просверлите отверстия на передней панели для потенциометра (1), (4) отверстия для банановых разъемов и (2) для кабеля USB и штекера переходника. Установите печатную плату в положение, показанное на рисунке, и соедините все вместе. Я обнаружил, что банановые вилки, которые я использовал, лучше работают с подключенными к ним лопатками. Некоторые бренды имеют разъемы под пайку на задней панели, поэтому это зависит от типа используемого разъема.

Я закрепил плату на основании корпуса с помощью небольшого количества термоклея для легкого удаления, если я хочу внести изменения в схему. Передняя часть из черного пластика была вырезана под лицевую панель счетчика. Он был закреплен термоклеем. После того, как все домкраты были на месте в задней части, панель также удерживалась на месте с помощью термоклея.

Шаг 7: Окончательная сборка и тестирование

Последним элементом, который нужно подключить к устройству, является модуль напряжения / тока. Модуль идет с черным и белым проводом, идущими к источнику входного напряжения. Оранжевый провод идет для измерения выходного положительного напряжения. Есть два толстых черного и красного провода, они идут к токовому шунту. Они идут последовательно с выходной нагрузкой, чтобы вы знали, сколько тока потребляет ваша нагрузка. Счетчики не регистрируются, если вы установите обратную полярность. Я обнаружил, что по какой-то причине ток не считывался для меня точно, поэтому мне пришлось поэкспериментировать с проводами разной толщины и типов. Как только я получил правильные показания тока, я припаял провода непосредственно к клеммам на модуле, избавившись от имеющихся соединений. Это могло быть проблемой только с модулем, который я использовал.

Это устройство начнет работать при входном напряжении 3 В постоянного тока и при этом напряжении будет выдавать до 7 В на выходе при 60 мА. При входном напряжении 5 вольт он выдает максимум 11 вольт на выходе при 120 мА непрерывно, без перегрева каких-либо компонентов. Лучший отвод тепла даст вам более высокие токи. Это было в пределах того диапазона, в котором я хотел его использовать.