Alimentació USB de tensió variable: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

Fa temps que tinc una idea d’una font d’alimentació variable alimentada per USB. A mesura que el vaig dissenyar, el vaig fer una mica més versàtil, permetent no només l'entrada USB, sinó qualsevol cosa, des de 3 VDC fins a 8 VDC mitjançant un endoll USB o passant per endolls de plàtan. La sortida utilitza el tipus de presa que es veuria en una berruga de paret i dos endolls de plàtan. Si hi introduïu 5 volts, podeu variar la sortida d’1,3 volts a 20 volts carregats lleugerament amb tensions més baixes de fins a 200 mA. El frontal presenta una pantalla digital que mostra els volts i el corrent de càrrega. A la imatge superior, subministro un mini oscil·loscopi de 9 volts a 120 mA provinent del subministrament USB de 5 volts d’un terminal USB portàtil.

Subministraments:

Parts

(1) Resistència de 240 ohm, 1/4 de watt

(1) Resistència de 67 k, 1/4 de watt

(2) Resistències de 4,7 k de 1/4 de watt

(3) resistències d'1 k, 1/4 de watt

(3) transistors 2N3904

(1) IRF520 Mosfet o equivalent

(2) díodes de commutació 1N914

(1) díode 1N4007

(2) Condensadors ceràmics.01 uF (l'esquema diu 8 nF o.008 uF però.01 uF és més fàcil d'obtenir)

(2) Condensadors electrolítics de 10 uF, 50 volts

(1) 470 uF condensador electrolític de 50 volts

(1) Inductor de 56 uH (es pot enrotllar en un petit toroide si es desitja)

(1) test de 100 k

(1) Potenciòmetre de 5 k de 1/2 watt, cònic lineal

(1) Xip IC regulador de voltatge IC LM317

(4) gats de plàtan (masculí)

(1) presa USB de mida estàndard (mascle)

(1) mòdul amperímetre de voltímetre digital

(1) Habitatge

(1) Tauler de prototipatge o perf

(1) pom negre amb tensor de cargol

Tubs termorretractables

Diversos colors de filferro de connexió

Connectors de pala (diverses mides)

Dissipador de calor i compost de silici per LM317

Eines

Soldador, soldadura, cola en calent, broca amb broques, tornavisos variats, diferents tipus d'alicates petites, multímetre i oscil·loscopi

Pas 1: Obtenció de peces

Vaig fer servir intencionadament peces fàcils de trobar i que es poden recuperar de les plaques electròniques de ferralla. El LM317 IC és molt comú i els transistors 2N3904 són d’ús general i es poden substituir molts tipus diferents. El Mosfet també és molt comú i es poden utilitzar altres tipus com a substituts sempre que el substitut sigui un Mosfet de canal N i tingui qualificacions similars. L’inductor no és crític i es poden utilitzar molts entre 50 i 200 nH. Amb aquest propòsit, els rescato de les taules de controladors de bombetes CFL gastades. Es pot utilitzar qualsevol tipus de quadre de projecte. El tenia a mà, però un de negre més econòmic és perfecte. Pel que fa a l’ús de perf board, és la meva elecció personal per la facilitat amb què es poden fer modificacions.

Pas 2: teoria darrere del circuit

Les fotos de les formes d’ona anteriors mostren la progressió de la forma d’ona. El primer mostra la forma d'ona a la sortida del multivibrador astable a la part superior del díode 1N914 de la mà dreta. El segon mostra la forma d'ona a la porta de l'IRF520 i l'últim mostra la forma d'ona a la font de l'IRF520.

El circuit utilitza un multivibrador astable de dos transistors que funciona a 18 kHz. La sortida d'ona quadrada es pren des de la part superior d'un dels dos díodes 1N914. Els transistors són 2N3904 comuns. L’ona quadrada de baixa tensió s’impulsa amb un altre transistor 2N3904 de classe C. esbiaixat. El transistor augmenta l’ona quadrada d’entrada per un factor d’uns 10 on passa a través d’un condensador electrolític i un potenciòmetre de 100 k abans d’aplicar-se a la porta d’un Mosfet IRF520. El Mosfet es connecta com un helicòpter intensiu, amb el terminal d'origen que té un choke de 56 uH que torna a l'alimentació de 5 volts. A mesura que el Mosfet s’encén i s’apaga bruscament, es forma el camp magnètic de l’inductor i després es col·lapsa produint una CEM posterior. Es permet que aquest voltatge CEM posterior flueixi a través del díode 1N4007 i està en sèrie amb el voltatge font. Això es carrega fins a l'addició de les dues tensions a través del condensador electrolític de 470 uF. Davant del condensador hi ha un xip regulador de voltatge LM317 configurat com a font d'alimentació ajustable que s'ajusta mitjançant el potenciòmetre de 5 k. La tensió descarregada es pot ajustar entre 1,3 i 20 volts. Es connecta un voltímetre i un amperímetre digitals al circuit per donar les lectures de corrent i tensió adequades al tauler frontal.

Pas 3: creeu el multivibrador Astable i comproveu si funciona

Poseu el multivibrador Astable juntament com a la imatge. Enceneu-vos amb 5 volts i la forma d'ona del col·lector del segon transistor hauria de semblar la dent de serra de la segona foto, amb una freqüència aproximada de 18 kHz.

Pas 4: afegiu seccions de memòria intermèdia / amplificador i Boost Converter

Un cop s'hagi determinat que l'astable multivibrador funciona, podeu afegir la secció del transistor de memòria intermèdia. S'afegeix el pot de retall de 100 K per configurar el nivell de l'entrada de senyal al Mosfet. Després de muntar el Mosfet, mentre es prenen precaucions antiestàtiques, instal·leu el díode i el condensador electrolític. Abans d'instal·lar aquestes parts, és possible que vulgueu experimentar posant-les al tauler d'un experimentador mentre proveu diversos valors d'inductor. Vaig desmuntar un munt de CFL i vaig trobar que els inductors eren perfectes per a aquest propòsit, excepte que s’escalfaven amb més de 100 mA que els travessaven. Vaig trobar que aquest inductor era perfecte ja que utilitza filferro més gruixut. Podeu utilitzar inductors de 50 a 200 uH i obtindreu bons resultats a aquesta freqüència. Recomanaria conduir el Mosfet des d'un generador de funcions mentre experimentava. Passa de 0,5 volts a pic de fins a 5 volts de pic a pic. Col·loqueu un voltímetre a través del condensador 470 uF i observeu com s’acumulen voltatges a través del condensador moltes vegades la tensió d’entrada. Descarregat, el meu va pujar a un excés de 30 volts. Assegureu-vos que el vostre electrolític 470 uF tingui una potència mínima de 50 volts.

Llum fluorescent compacta CFL

Pas 5: afegiu el circuit LM317

Un cop esteu satisfets del rendiment de la secció del convertidor d’alça Mosfet, podeu instal·lar el LM317 i el dissipador de calor. Vaig trobar que el LM317 s’escalfava, necessitant un dissipador de calor, però no el Mosfet. Si la bobina s’escalfa, podeu fer un dissipador de calor amb paper d’alumini i una mica de cola. Vaig fer servir una petita peça de xapa doblegada al voltant de la bobina i enganxada al seu lloc amb cola de fusió en calent.

Pas 6: perforar els forats de la caixa, fixar els endolls de banana i muntar la pantalla digital a la part frontal

Forats al tauler frontal per al potenciòmetre (1), (4) forats per als plàtans i (2) per al cable USB i endoll tipus adaptador. Muntar la placa de circuit a la posició que es mostra a la imatge i connectar-ho tot junt. Vaig trobar que els endolls de plàtan que feia servir funcionaven millor amb connectors de pala connectats a ells. Algunes marques tenen connectors de soldadura a la part posterior, de manera que depèn del tipus de connector que utilitzeu.

Vaig assegurar la placa a la base de la caixa amb una mica de cola de fusió en calent per eliminar-la fàcilment si vull fer modificacions al circuit. La peça frontal de plàstic negre es va tallar per adaptar-se a la cara del tauler del mesurador. Es va assegurar amb cola de fusió en calent. Una vegada que tots els gats estaven al seu lloc a la part posterior, el tauler també es va mantenir al seu lloc amb cola de fusió en calent.

Pas 7: Muntatge final i proves

L'últim element que es connecta al dispositiu és el mòdul de tensió / corrent. El mòdul ve amb un cable negre i un cable blanc, que van al subministrament de tensió d’entrada. El cable taronja detecta el voltatge positiu de sortida. Hi ha dos cables negres i vermells gruixuts, que van a la derivació actual. Aquests van en sèrie amb la càrrega de sortida per fer-vos saber la quantitat de corrent que atrau la vostra càrrega. Els comptadors no es registren si es posa la polaritat a la inversa. Vaig trobar que, per alguna raó, el corrent no em llegia amb precisió, de manera que vaig haver d’experimentar amb diferents gruixos i tipus de filferro. Un cop aconseguides les lectures de corrent adequades, heu soldat els cables directament als terminals del mòdul, eliminant les connexions proporcionades. Podria haver estat un problema només amb el mòdul que utilitzava.

Aquest dispositiu començarà a funcionar al voltant de 3 VDC d'entrada i a aquesta tensió us donarà fins a 7 volts de sortida a 60 mA. Amb una entrada de 5 volts, us proporcionarà un màxim d’11 volts a 120 mA contínuament, sense escalfar cap dels components. Un millor enfonsament de calor us proporcionarà corrents més elevats. Això estava dins del rang per al qual volia utilitzar-lo.