Блок питания для макетной платы своими руками: 5 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-13 06:58

Мне всегда был нужен портативный блок питания, специально предназначенный для макетных плат. Поскольку я не нахожу его в продаже, мне пришлось сделать свой собственный. Я приглашаю вас поступить так же.

Печатная плата спонсируется JLCPCB. 2 доллара за печатные платы и бесплатная доставка. Первый заказ:

Функции:

• Выходы 5В 1А.
• Подключаются к любому стандартному макету на 400 или 830 точек.
• Зарядное устройство с защитой от перезаряда, переразряда и перегрузки по току.
• Индикатор заряда батареи с двухцветным светодиодом (зеленый 50-100%, желтый 20-50%, красный 0-20%).
• Низкая пульсация / шум на выходе с подавляющим диодом.

Шаг 1: материалы

Основные материалы:

• Литий-ионный аккумулятор 18650. Взял свой из сломанного ноута. Я использовал одну в этом проекте, чтобы сделать все максимально компактным / легким, но вы можете использовать две батареи параллельно, чтобы увеличить емкость. Если вы используете две батареи, убедитесь, что они на 100% одной марки, модели, возраста / износа и емкости, и что они имеют одинаковый заряд в момент их подключения. Купить здесь:
• Модуль зарядного устройства TP4056 с защитой аккумулятора. Есть версия без защиты аккумулятора, которую покупать не стоит. Убедитесь, что вы покупаете тот, который имеет 6 подключений, как на картинке. Купить здесь:
• Модуль повышающего преобразователя MT3608. Он имеет потенциометр для выбора напряжения. В этом случае я выбираю 5В. Купить здесь:
• Самоблокирующаяся кнопка, рассчитанная на 3A / 125V, с диаметром отверстия 12 мм. Купить здесь:
• Электролитический конденсатор емкостью 470 мкФ 25 В. Это снижает падение напряжения при значительной нагрузке. Купить здесь:
• Керамический конденсатор 100 нФ. Уменьшает высокочастотную пульсацию / шум. Купить здесь:
• Керамический конденсатор 1 нФ. Уменьшает пульсацию / шум на очень высоких частотах. Купить здесь:
• Диод Шоттки 1А 40В. Это сделано для защиты компонентов, подключенных к макетной плате, от скачков высокого напряжения, вызванных любой катушкой в цепи. Купить здесь:
• Перфорированная плита 2x8см. Купить здесь:
• X2 двухрядные штекерные разъемы 2x3 2,54 мм. Некоторые дешевые Arduino nano поставляются с ними, и я обычно не паяю их, поэтому я взял их для этого проекта. Вы можете купить их с углом 90 градусов, что может быть лучшим вариантом для облегчения установки. Купить здесь:

• Эпоксидная смола:

Примечание. Как партнер Amazon я зарабатываю на соответствующих покупках.

Материалы для индикатора батареи (опционально):

• Двухцветный светодиод 3 мм (красно-зеленый). Я поместил схемы и герберные файлы печатных плат для светодиодов с общим анодом и общим катодом, так что любой из них будет работать. Просто убедитесь, что у него достаточно рассеивания, чтобы при одновременном включении обоих светодиодов цвет был ровным. Есть много двухцветных светодиодов плохого качества, в которых оба цвета плохо сочетаются. Купить здесь:
• NE5532P операционный усилитель. Купить здесь:
• Транзистор S8050 NPN. Однако практически любой транзистор NPN подойдет. Купить здесь:

• Резисторы (1% от 1/4 Вт или 1/8 Вт):

  • R1: 6,2 кОм для отрицательной стороны делителя напряжения для операционного усилителя 2IN +, который управляет включением красного светодиода. Купить здесь:
  • R2: 2,2 кОм для положительной стороны делителя напряжения операционного усилителя 2IN +, который управляет включением красного светодиода. Купите комплект резисторов, включающий это и большинство других значений:
  • R3: 51K для обратной связи, чтобы изменить опорное напряжение, когда красный светодиод загорится, чтобы иметь сплошной переход.
  • R4: 2К для красного светодиода. Это значение может отличаться в зависимости от вашего светодиода.
  • R5: 6,8 кОм для отрицательной стороны делителя напряжения для операционного усилителя 1IN-, который контролирует, когда зеленый светодиод погаснет.
  • R6: 2,7 кОм для положительной стороны делителя напряжения для операционного усилителя 1IN-, который контролирует, когда зеленый светодиод гаснет. Купить здесь:
  • R7: 100K для обратной связи, чтобы изменить опорное напряжение, когда зеленый светодиод погаснет, чтобы иметь непрерывный переход.
  • R8: 100 для зеленого светодиода. Это значение может отличаться в зависимости от вашего светодиода.
  • R9: 5.1K для транзисторного входа. Транзистор NPN работает как инвертор для выхода, поэтому обратная связь имеет правильную полярность.
  • R10: 2K для транзисторного входа.

Примечание. Все значения резисторов для делителей напряжения и обратной связи очень важны для достижения желаемого результата. Если вы измените значение одного резистора, вы можете захотеть заменить другие резисторы для компенсации. Или, если вы намеренно хотите изменить напряжение, при котором светодиоды включаются / выключаются, вы можете сделать это, изменив значения этих резисторов.

Дополнительные материалы:

• 3-миллиметровый двухцветный светодиод (красно-зеленый) с общим анодом для индикатора зарядного устройства. Модуль зарядного устройства имеет два встроенных светодиода: один красный для индикации зарядки; и синий, чтобы указать, что процесс зарядки закончился. Этот двухцветный светодиод может заменить эти светодиоды, если вы хотите. Купить здесь:
• Резистор 2,2 кОм для замены R3 на модуле зарядного устройства, чтобы установить максимальный ток зарядки около 500 мА вместо 1 А. по умолчанию. Это резистор для поверхностного монтажа, но, поскольку я покупаю только резисторы для сквозного монтажа, я использовал его.

Шаг 2: подготовка

Перед тем как паять что-либо, проверьте все компоненты, особенно модули.

В повышающем преобразователе есть потенциометр для выбора выходного напряжения. Убедитесь, что вы оставили его на 5 В перед пайкой к другим компонентам, потому что вы не хотите, чтобы на нем было высокое напряжение при первом включении со всем подключенным. Вы можете взорвать электролитический конденсатор или сжечь операционный усилитель на индикаторе батареи. Для настройки повышающего преобразователя необходимо подключить его к батарее и мультиметру. Поверните по часовой стрелке, чтобы уменьшить напряжение; поверните против часовой стрелки, чтобы увеличить напряжение.

Если вы планируете внести некоторые изменения в модуль зарядного устройства, сделайте это сейчас, прежде чем подключать к другим компонентам. Я сделал три модификации. Сначала я заменяю резистор R3 на 2,2 кОм, чтобы установить максимальный ток зарядки около 500 мА вместо 1 А, который установлен по умолчанию. Причина в том, что микросхема сильно нагревается при зарядке. Хотел уменьшить температуру уменьшив ток зарядки. Аккумулятор конечно дольше заряжается, но на мой взгляд достаточно быстро.

Вторая модификация заключалась в замене двух светодиодных индикаторов на один двухцветный светодиод (красно-зеленый) с общим анодом. Я сделал это, чтобы лучше выглядеть и соответствовать моему дизайну, но вам не нужно этого делать.

И последнее, что я сделал с модулем зарядного устройства, это усилил пайку по бокам разъема micro USB. Этот разъем подвержен торможению, поэтому я рекомендую добавить больше припоя между металлической оболочкой разъема и печатной платой. Однако я бы не стал связываться с электрическими соединениями на задней панели. Будьте осторожны, не добавляйте слишком много припоя, так как он может попасть внутрь разъема и испортить его.

Я видел адаптеры питания для макетов (без батарей), которые подключаются к концу макета, и вы можете взять этот дизайн, если хотите, но я обычно кладу Arduino nano на оба конца макета, и я не хотел что-нибудь блокирует их USB-разъем.

Шаг 3. Индикатор заряда батареи (необязательно)

Я разработал очень простой индикатор батареи с двухцветным светодиодом (красно-зеленым), который светится зеленым, когда батарея заряжена на 50% (3,64 В) или выше; становится желтым при значении от 50% до 20% (3,64–3,50 В); и красный, когда ниже 20% (3,50 В). Он использует операционный усилитель для создания двух триггеров Шмитта, чтобы светодиоды не мигали на пороге.

Я хотел быть очень компактным, поэтому рекомендую использовать свой макет. Или, что еще лучше, загрузите мой файл gerber и закажите мою собственную печатную плату на таком веб-сайте, как JLCPCB.com. Таким образом, вам просто нужно припаять компоненты, не обращая внимания на соединения на печатной плате. Прямо сейчас у них есть акция, по которой вы можете купить 10 небольших печатных плат за 2 доллара США и бесплатную доставку для первого заказа.

Я разрабатываю печатные платы на easyEDA, поэтому вы можете загрузить проект и даже изменить макет так, как вам нужно.

Двухцветный светодиодный общий катод:

Двухцветный светодиодный общий анод:

Шаг 4: Сборка

Сначала припаяйте 3 конденсатора к выходу повышающего преобразователя. Эти конденсаторы помогают уменьшить любые пульсации и шум, вызываемые повышающим преобразователем или нагрузкой на выходе. Я настоятельно рекомендую их установить. Если у вас нет этих точных значений, введите вместо них аналогичные.

После тестирования основной схемы отрежьте перфорированную плату 2x8 см, чтобы освободить место для шпилек, которые есть на некоторых макетных платах. Если вы этого не сделаете, ваш аккумуляторный блок не будет совместим с некоторыми типами макетов, по крайней мере, без подключения шин питания в обратном направлении. Не все макеты имеют шпильки с одной стороны, а некоторые даже имеют 4 шпильки вместо традиционных 3. Если вы решите сконструировать аккумуляторную батарею так, чтобы она подключалась к концам макетов, вам все равно может потребоваться место для шпильки, которые есть на некоторых макетных платах.

Поместите штырьки 2x3 на макетную плату, чтобы использовать их в качестве направляющих для их припайки к монтажной плате в правильном положении.

Добавьте на выход диод Шоттки (1 А 40 В или больше). Этот диод защищает любой компонент, подключенный к шине питания, от скачков высокого напряжения, вызываемых катушками, такими как реле, двигатели, индукторы, соленоиды и т. Д. Убедитесь, что отрицательная сторона диода (белая линия) переходит в положительную сторону выхода.

Для футляра / обложки я использовал черный картон. Не лучший выбор, потому что он легко воспламеняется, но вы можете использовать все, что захотите.

Шаг 5: Заключение

Несколько важных советов:

• Не используйте внешний аккумулятор во время зарядки. В процессе зарядки отключаются некоторые функции защиты, которые могут повредить аккумулятор, а нагрузка может вызвать ситуацию перезарядки. Кроме того, отключение защиты от сверхтоков может повредить даже сам макет.
• Защита от перегрузки по току срабатывает очень быстро, поэтому она отключает питание при обнаружении короткого замыкания. Чтобы сбросить это, выключите питание примерно на 3 секунды.

Соответствующие данные:

Это результаты некоторых моих тестов. Он может отличаться от вашего, но вы можете использовать его как справочную информацию о том, чего ожидать:

• Время зарядки от полного заряда до полного (при 560 мА): 4:30 часа.
• При нагрузке 50 мА полной батареи хватило на 23 часа 17 минут.
• При нагрузке 500 мА полной батареи хватило на 2 часа 21 минуту. Это около 1630 мАч на выходе.
• Я наблюдал максимальное постоянное падение напряжения на выходе 0,03 В при подключении к нагрузке 500 мА, так что в целом он выдает очень стабильные 5 В. Я видел другие повышающие преобразователи меньшего размера, где они понижали напряжение на 0,7 В ниже 5 В (4,3 В), что я считаю неприемлемым.
• Напряжения индикатора батареи установлены на уровне 50% = 3,64 В, 20% = 3,50 В. Обратная связь изменяет значение на +/- 0,7 В. Вы можете попробовать разные значения резисторов, чтобы изменить напряжения, при которых светодиоды включаются / выключаются, но мои рекомендуемые значения основаны на моих тестах и расчетах, и они должны применяться для большинства аккумуляторов 18650.

Можно использовать две батареи параллельно, чтобы удвоить емкость. Я сделал и эту версию, но она, очевидно, больше и тяжелее, поэтому не мой первый выбор. Вы сами решаете, какую версию построить.

Вот и все. Если у вас есть вопрос, дайте мне знать.

Удачи.