Проектирование и создание фильтра линии питания для зарядного устройства телефона Android: 5 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

В этом руководстве я покажу, как взять стандартный шнур USB на мини-USB, отделить его посередине и вставить схему фильтра, которая уменьшит чрезмерный шум или хэш, создаваемый типичным источником питания Android. У меня есть портативный многодиапазонный радиоприемник, в котором не было стандартного разъема для наушников, а был разъем мини-USB. Когда я подключил его к источнику питания 5 В того типа, который будет использоваться для зарядки телефона Android, у меня не было ничего, кроме шума на AM и коротких волнах. Его можно было использовать только на FM. Есть пара AM-радиостанций, которые я люблю слушать, поэтому я решил разработать пассивный фильтр, чтобы блокировать большую часть шума, производимого блоком питания телефона Android.

Запасы

1) Кусок термоусадочной трубки длиной 3 дюйма диаметром 1 дюйм, тип 3M CCT 1100 (магазин электроники)

2) Обычный кабель USB - мини-USB длиной 6 футов. (долларовый магазин)

3) кусок перфорированной или векторной платы размером 3 x 1/2 дюйма (магазин электронных деталей)

4) (2) Дроссель на 2,5 миллигенри, восстановленный из цепи старой компактной люминесцентной лампы.

5) (1) Электролитический конденсатор 1000 мкФ, 10 В или выше (магазин электронных запчастей)

6) Игольчатые плоскогубцы (строительный магазин)

7) Нож Exacto (строительный магазин)

8) Тепловая пушка (строительный магазин)

9) Пистолет для термоклея и палочки (магазин для рукоделия)

10) Паяльник и припой (магазин хозтоваров или электроники)

11) Блок питания Android 5V (магазин электроники или онлайн)

Шаг 1. Анализ выходной мощности блока питания телефона Android

Если вы посмотрите на выход 5-вольтового источника питания на первом изображении, вы увидите 5-вольтовый источник постоянного тока с небольшим шумом наверху постоянного тока (около 0,01 В переменного тока). Для большинства целей это приемлемо, но если вы используете этот блок питания для питания радио или аудиоусилителя, вы не услышите ничего, кроме жужжания. Я увеличил осциллограмму на втором изображении, и вы можете увидеть ряд всплесков или переходных процессов при переключении, которые создают шум в диапазоне 50 МГц и за его пределами. Это можно увидеть на третьем рисунке, где показан выходной спектр от 0 до 50 мГц. Весь этот шум проявится на выходе радиодинамика в виде жужжания или жужжания. Мне нужно было придумать простую схему, чтобы заблокировать как можно больше этого шума.

Шаг 2: проектирование схемы фильтра

Схема, которую я придумал, называлась фильтром нижних частот. Этот тип схемы блокирует все частоты выше частоты среза схемы. Я решил установить частоту среза ниже 60 Гц, что является частотой электросети в Северной Америке. Расчеты дали довольно большие индуктивности, которые были больше, чем я был готов разместить в небольшом пространстве, которое я выделил для фильтра. Я разработал эту схему, которая все еще была адекватной и позволила мне использовать два дросселя 2,5 мГн, которые я спас от сгоревшей цепи миниатюрной люминесцентной лампы. Конденсатор на 1000 мкФ у меня тоже был в корзине для запчастей. Я создал схему с помощью SPICE, и она дала мне затухание не менее 30 дБ на частотах до 50 мГц. Мне нужно было бы построить схему и протестировать ее на следящем генераторе, чтобы убедиться, что фактически построенная схема согласуется с результатами разработанной схемы.

Шаг 3: Построение и тестирование схемы

Вырезав кусок перфорированной платы размером 3 x 1/2 дюйма, я установил две катушки индуктивности 2,5 мГн и конденсаторы по 1000 мкФ, припаяв их вместе на одной стороне монтажной платы. Как только это было завершено, я подключил «следящий генератор» ко входу и выходу, и результат показан на второй фотографии. Следящий генератор качался от 5 кГц до 50 мГц, и он показывает, что фильтр работает довольно близко к прогнозируемому результату. Затухание довольно ровное до 25 мГц на 30 дБ и колеблется около 20 дБ, пока не достигнет 50 мГц, что приводит к ослаблению около 18 дБ на 50 мГц. Использование радио с блоком питания снижает большую часть звука жарки, исходящего из динамика, что позволяет мне принимать местные радиостанции без особого заметного шума.

Примечание. Радиоприемник, для которого я его разработал, чрезвычайно чувствителен и превосходит все радиоприемники AM или FM, которые у меня были в прошлом. Работая от батарей, я могу ловить станции AM и FM посреди дня в ближайшем большом городе, который находится в 120 милях от меня!

Следящий генератор - устройство, состоящее из качающегося генератора с анализатором спектра в одном блоке. Это устройство очень полезно для проверки частотной характеристики фильтров и других электронных схем.

Шаг 4: Подключение фильтра к кабелю

Возьмите кабель USB-мини-USB длиной 6 футов и разрежьте его посередине. В случае с 5-жильным кабелем, который я использовал, просто используйте черный и синий. Минус 5 В для черного и + 5 В для синего. Входящий синий провод идет на вход фильтра, а исходящий синий провод идет на выход фильтра. Черные провода связаны вместе и прикреплены к отрицательной стороне электролитического конденсатора емкостью 1000 мкФ. После того, как все они будут спаяны, концы проводов прикрепляются к двум сторонам монтажной платы с помощью миниатюрных стяжек. Проволока дополнительно крепится к плате с каждого конца с помощью термоклея. Когда все это вместе, кусок термоусадочной трубки диаметром 1 дюйм проталкивается через контур и усаживается с помощью теплового пистолета, как показано на третьем рисунке. После завершения вся сборка должна выглядеть как финальное изображение.

Примечание. Этот фильтр можно установить на любой USB-кабель. Цветовая схема может отличаться в зависимости от производителя кабеля, поэтому проверьте каждый провод с блоком питания на наличие +5 и 0 вольт.

Шаг 5: Заключение

Хотя эта идея была создана для уменьшения шума радио, подключенного через USB, ее также можно было использовать для зарядки телефонов. Эти дешевые зарядные устройства можно сделать настолько дешевыми, потому что они почти не имеют выходной фильтрации. Некоторые телефоны могут не заряжаться должным образом из-за шума, вносимого в цепь зарядки, и этот фильтр цепи снижает эту вероятность.