Еще один наименьший регулируемый импульсный импульсный источник питания (без SMD): 8 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

Полное название проекта:

Еще один самый маленький в мире регулируемый импульсный источник питания с повышающим преобразователем постоянного тока в постоянный с использованием THT (технология сквозных отверстий) и без SMD (устройство для поверхностного монтажа)

Хорошо, хорошо, ты меня поймал. Может быть, он не меньше, чем тот, что создан компанией Murata Manufacturing, но определенно то, что Вы можете построить самостоятельно дома, используя общедоступные элементы и инструменты.

Моя идея заключалась в том, чтобы создать компактный импульсный источник питания для моих небольших проектов на базе микроконтроллеров.

Этот проект также является своего рода руководством по созданию контуров на печатной плате с использованием сплошного провода вместо построения контуров с припоем.

Давай сделаем это!

Шаг 1. Дизайн

Вы можете найти множество карманных блоков питания нестандартных конструкций, но я обнаружил, что у большинства из них есть 2 самых больших недостатка:

• Это линейные источники питания, а это означает, что они не очень эффективны,
• Они либо не регулируются, либо регулируются поэтапно.

Мой повышающий преобразователь - это импульсный источник питания с плавно регулируемым выходным напряжением (через регулируемый резистор). Если вы хотите узнать больше, на microchip.com есть отличный документ, в котором описаны различные архитектуры, плюсы и минусы использования SMPS.

В качестве базовой микросхемы для моего импульсного источника питания я выбрал очень популярную и общедоступную микросхему MC34063. Его можно использовать для создания понижающего (понижающего), повышающего (повышающего) преобразователя или инвертора напряжения, просто добавив некоторые внешние элементы. Очень хорошее объяснение того, как проектировать SMPS с использованием MC34063, было сделано Дэйвом Джонсом в его видео на YouTube. Я настоятельно рекомендую Вам посмотреть его и проследить за расчетами значений каждого элемента.

Если Вы не хотите делать это вручную, Вы можете использовать онлайн-калькулятор для MC34063 в соответствии с Вашими потребностями. Вы можете использовать его от Madis Kaal или рассчитанный на более высокие напряжения на сайте changpuak.ch.

Я выбрал элементы только приблизительно, придерживаясь расчетов:

Я выбрал самые большие конденсаторы, которые могли уместиться на плате. Входные и выходные конденсаторы 220 мкФ 16 В. I Вам нужно более высокое выходное напряжение или более высокое входное напряжение, выберите подходящие конденсаторы

• Индуктор L: 100 мкГн, это был единственный, который у меня был с размером самого чипа.
• Я использовал диод 1N4001 (1A, 50V) вместо какого-нибудь диода Шотки. Частота переключения этого диода составляет 15 кГц, что меньше моей частоты переключения, которую я использовал, но каким-то образом вся схема работает нормально.
• Коммутационный конденсатор Ct: 1 нФ (дает частоту коммутации ~ 26 кГц)
• Резистор защиты по току Rsc: 0,22 Ом
• Переменный резистор, который представляет соотношение сопротивлений R2 к R1: 20 кОм

Чаевые

• Подберите частоту переключения (путем выбора подходящего переключающего конденсатора) в диапазоне вашего диода (выбрав диод Шотки вместо диода общего назначения).
• Выберите конденсаторы с большим максимальным напряжением, чем вы хотите предоставить в качестве входа (входной конденсатор) или получить на выходе (выходной конденсатор). Например. Конденсатор 16 В на входе (с большей емкостью) и конденсатор 50 В на выходе (с меньшей емкостью), но оба относительно одинакового размера.

Шаг 2: материалы и инструменты

Материалы, которые я использовал, но точные значения сильно зависят от ваших потребностей:

• Чип MC34063 (Amazon)
• Коммутационный конденсатор: 1 нФ
• Входной конденсатор: 16 В, 220 мкФ
• Выходной конденсатор: 16 В, 220 мкФ (я рекомендую 50 В, 4,7 мкФ)
• Диод с быстрым переключением: 1N4001 (некоторые диоды Шотки намного быстрее)
• Резистор: 180 Ом (произвольное значение)
• Резистор: 0,22 Ом
• Переменный резистор: 0-20 кОм, но можно использовать 0-50 кОм.
• Индуктор: 100 мкГн
• Прототип печатной платы (BangGood.com)
• Короткие кабели

Необходимые инструменты:

• Паяльная станция (и вспомогательные средства вокруг нее: припой, смола, если нужно, что-то для очистки жала и т. Д.)
• Плоскогубцы, диагональные плоскогубцы / бокорезы
• Пила или вращающийся инструмент для резки доски
• Файл
• Скотч (да, как инструмент, а не как материал)
• Ты

Шаг 3: Размещение элементов - начало

Я трачу много времени на то, чтобы организовать элементы на плате в такой конфигурации, чтобы она занимала как можно меньше места. После многих попыток и неудач этот проект представляет то, чем я закончил. На данный момент считаю это наиболее оптимальным размещением элементов с использованием только одной стороны доски.

Я подумывал разместить элементы с обеих сторон, но потом:

• пайка была бы действительно сложной
• На самом деле он не занимает меньше места
• SMPS будет иметь некоторую неправильную форму, из-за чего его можно будет установить, например, в болото или на батарее 9В очень сложно добиться

Для соединения узлов я использовал технику использования неизолированного провода, согнул его в ожидаемой форме пути, а затем припаял его к плате. Я предпочитаю эту технику вместо использования припоя по следующим причинам:

• Использование припоя для «соединения точек» на печатной плате я считаю безумием и как-то неуместным. В настоящее время проволока для пайки содержит смолу, которая используется для раскисления припоя и поверхности. Но использование припоя в качестве средства создания пути заставляет смолу испаряться и оставлять обнаженными некоторые окисленные части, что я считаю не очень хорошо для самой схемы.
• На печатной плате, которую я использовал, соединить 2 точки с помощью припоя практически невозможно. Припой прилипает к «точкам», не создавая между ними предполагаемого соединения. Если вы используете печатную плату, на которой «точки» сделаны из меди и расположены очень близко друг к другу, то соединение будет проще.
• Использование припоя для создания дорожек требует лишь… слишком большого количества припоя. Использование проволоки просто менее «дорого».
• В случае ошибки удалить старую дорожку пайки и заменить ее новой может быть очень сложно. Использование проводного пути - относительно более простая задача.
• Использование проводов делает соединение намного более надежным.

Недостаток в том, что на формирование проволоки и ее пайку требуется больше времени. Но если у вас есть опыт, это уже не сложная задача. По крайней мере, я просто привык к этому.

подсказки

• Основное правило размещения элементов - вырезать лишние ножки с другой стороны доски, как можно ближе к доске. Это поможет нам позже, когда мы разместим проволоку для построения дорожек.
• Не используйте ноги элемента для создания путей. Как правило, это хорошая идея, но если вы допустили ошибку или ваш элемент нужно заменить (например, он сломан), это действительно сложно сделать. В любом случае вам нужно будет разрезать провод, а из-за того, что ножки согнуты, вытащить элемент из доски может быть сложно.
• Постарайтесь проложить пути изнутри контура наружу или с одной стороны на другую. Постарайтесь избежать ситуации, когда Вам нужно создать путь, но другие пути вокруг уже созданы. Может быть трудно удерживать путевой провод.
• Не обрезайте провод до окончательной длины / формы перед пайкой. Возьмите более длинный провод, придайте ему форму, используйте ленту, чтобы удерживать провод на месте на плате, припаяйте его и, наконец, обрежьте его на плате. желаемый пункт (посмотрите фото).

Шаг 4: Размещение элементов - основная задача

Вам просто нужно следовать схеме и размещать элементы один за другим, отрезая лишние ножки, припаять его как можно ближе к плате, сформировать дорожку-провод, припаять ее и разрезать. Повторите с другим элементом.

Кончик:

Вы можете посмотреть на фотографиях, как я разместил каждый элемент. Постарайтесь просто следовать предоставленной схеме. В некоторых сложных схемах, работающих с высокими частотами и т. Д., Индукторы размещаются на плате отдельно из-за магнитного поля, которое может мешать работе других элементов. Но в нашем проекте этот случай нас просто не волнует. Вот почему я разместил индуктор прямо на микросхеме MC34063, и меня не волнуют какие-либо помехи

Шаг 5: разрезание доски

Вы должны знать заранее, что печатные платы действительно твердые и из-за этого их трудно резать. Сначала я попробовал использовать роторный инструмент (фото). Линия реза очень гладкая, но на то, чтобы отрезать ее, потребовалось очень много времени. Я решил перейти на обычную пилу для резки металла, и в целом она работала нормально.

Подсказки:

• Перед пайкой всех элементов отрежьте плату. Сначала разместите все элементы (без пайки), отметьте точки разреза, удалите все элементы, вырежьте плату, а затем вставьте элементы обратно и припаяйте их. Во время резки нужно позаботиться об уже спаянных элементах.
• Я бы предпочел использовать пилу вместо роторного инструмента, но это, наверное, индивидуальная вещь.

Шаг 6: Формирование

После резки напильником сгладил края и закруглил углы.

Окончательный размер доски составлял 2,5 см в длину, 2 см в ширину и 1,5 см в высоту.

Проект в грубом виде готов. Время для тестирования…

Шаг 7: Тестовая операция

Я подключил плату к светодиодной ленте (12 светодиодов), которая требует питания 12 В. Я устанавливаю вход 5 В (через порт USB) и с помощью регулируемого резистора настраиваю выход 12 В. Работает отлично. Из-за относительно высокого потребляемого тока микросхема MC34063 нагревается. Я оставил схему с включенной светодиодной лентой на несколько минут, и она была стабильной.

Шаг 8: окончательный результат

Я считаю большим успехом то, что такой маленький SMPS может питать такие токоведущие штуки, как 12 светодиодов.