Font d'alimentació de taulers de pa DIY: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Sempre he volgut una font d'alimentació portàtil especialment feta per a taulers. Com que no el trobo a la venda, vaig haver de fer-ne el meu. Us convido a fer el mateix.

PCB patrocinat per JLCPCB. 2 dòlars per PCB i enviament gratuït Primera comanda:

Característiques:

• Sortides 5V 1A.
• Endolls en qualsevol tauleta de pa estàndard de 400 o 830 punts.
• Carregador amb protecció contra sobrecàrrega, sobrecàrrega i sobrecorrent.
• Indicador de bateria amb LED bicolor (verd 50-100%, groc 20-50%, vermell 0-20%).
• Baix ondulació / soroll amb díode de supressió.

Pas 1: materials

Materials principals:

• Bateria de ions de liti 18650. Vaig agafar la meva d'un ordinador portàtil trencat. N’he utilitzat una per aquest projecte per fer-ho tot el més compacte / lleuger possible, però es podrien utilitzar dues bateries en paral·lel per augmentar la capacitat. Si utilitzeu dues bateries, assegureu-vos que siguin 100% de la mateixa marca, model, edat / desgast i capacitat i que tinguin una càrrega similar en el moment que les connecteu. Compreu aquí:
• Mòdul carregador TP4056 amb protecció de la bateria. Hi ha una versió sense protecció de la bateria que no hauríeu de comprar. Assegureu-vos de comprar la que té 6 connexions, igual que la imatge. Compreu aquí:
• Mòdul convertidor d’impulsos MT3608. Disposa d’un potenciòmetre per seleccionar la tensió. En aquest cas, trio 5V. Compreu aquí:
• Botó autoblocable de 3A / 125V amb un diàmetre de forat de 12 mm. Compreu aquí:
• Condensador electrolític 470µF 25V. Això redueix la caiguda de tensió quan introduïm una càrrega considerable. Compreu aquí:
• Condensador ceràmic 100nF. Redueix l’ondulació / soroll d’alta freqüència. Compreu aquí:
• Condensador ceràmic 1nF. Redueix la ondulació / soroll de freqüència molt alta. Compreu aquí:
• Diodo Schottky 1A 40V. Es tracta de protegir els components connectats a la placa de control contra pics d’alta tensió causats per qualsevol bobina del circuit. Compreu aquí:
• Tauler de perfils de 2x8cm. Compreu aquí:
• Capçaleres masculines de pin de 2 x 3 de 2,54 mm de doble fila X2. Alguns nanos arduino barats vénen amb aquests i normalment no els soldo, de manera que els he pres per a aquest projecte. Podeu comprar-los amb un angle de 90 graus que pot ser una opció millor per facilitar la instal·lació. Compreu aquí:

• Epoxi:

Nota: Com a associat d'Amazon guanyo amb les compres que compleixin els requisits.

Materials per a l'indicador de bateria (opcional):

• LED bicolor de 3 mm (vermell-verd). Vaig posar diagrames i fitxers gerber de PCB per a ànodes comuns i LED de càtodes comuns, de manera que qualsevol funcionaria. Assegureu-vos que té prou difusió que en girar els dos LED alhora donaria un color groc uniforme. Hi ha molts LEDs bicolors de mala qualitat on els dos colors no es barregen bé. Compreu aquí:
• Amplificador opcional NE5532P. Compreu aquí:
• Transistor N80 S8050. Pràcticament qualsevol transistor NPN funcionaria, però. Compreu aquí:

• Resistències (1% d'1 / 4W o 1 / 8W):

  • R1: 6,2K per al costat negatiu del divisor de tensió per a l’ampli operatiu 2IN + que controla quan s’encén el LED vermell. Compreu aquí:
  • R2: 2,2K per al costat positiu del divisor de tensió per a l’ampli operatiu 2IN + que controla quan s’encén el LED vermell. Compreu un kit de resistències que inclogui aquest valor i la majoria d'altres:
  • R3: 51K perquè la retroalimentació canviï la tensió de referència quan el LED vermell s’encén per tenir una transició sòlida.
  • R4: 2K per LED vermell. Aquest valor pot ser diferent segons el vostre LED.
  • R5: 6,8K per al costat negatiu del divisor de tensió per a l’amplificador operatiu 1IN- que controla quan s’apaga el LED verd.
  • R6: 2,7K per al costat positiu del divisor de tensió per a l’ampli operatiu 1IN- que controla quan el LED verd s’apaga. Compreu aquí:
  • R7: 100K perquè la retroalimentació canviï la tensió de referència quan el LED verd s’APAGA per tenir una transició sòlida.
  • R8: 100 per a LED verd. Aquest valor pot ser diferent segons el vostre LED.
  • R9: 5,1K per a l'entrada del transistor. El transistor NPN funciona com un inversor per a la sortida de manera que la retroalimentació tingui la polaritat correcta.
  • R10: desplegable 2K per a l'entrada del transistor.

Nota: Tots els valors de la resistència dels divisors de tensió i la retroalimentació són molt crítics per aconseguir el resultat desitjat. Si canvieu un valor de resistència, és possible que vulgueu canviar altres resistències per compensar-les. O si voleu canviar la tensió de manera intencionada on els LED s’encenen / apaguen, podeu fer-ho canviant els valors de les resistències.

Materials opcionals:

• Ànode comú LED bicolor de 3 mm (vermell-verd) per a l'indicador del carregador. El mòdul de carregador té dos LED integrats: un de color vermell per indicar que s'està carregant; i un de color blau per indicar que el procés de càrrega ha finalitzat. Aquest LED bicolor podria substituir aquests LED si voleu. Compreu aquí:
• Resistència de 2,2K per substituir el R3 al mòdul de carregador per configurar el corrent de càrrega màxim a uns 500mA, en lloc de l’1A per defecte. És una resistència de muntatge superficial, però com que només compro resistències de forat passant, he fet servir aquesta.

Pas 2: Preparació

Abans de soldar qualsevol cosa, proveu tots els components, especialment els mòduls.

El convertidor d’impulsió té un potenciòmetre per seleccionar la tensió de sortida. Assegureu-vos de deixar-lo a 5V abans de soldar amb altres components, ja que no voleu que estigui ajustat a alta tensió quan l’engegueu per primera vegada amb tot connectat. Podeu bufar el condensador electrolític o cremar l’ampli operatiu a l’indicador de la bateria. Per ajustar el convertidor d’augment, heu de connectar-lo a la bateria i al multímetre. Gireu en sentit horari per disminuir la tensió; gireu contra rellotge per augmentar la tensió.

Si teniu previst fer algunes modificacions al mòdul del carregador, feu-ho ara abans de connectar-vos a altres components. Hi ha tres modificacions que he fet. Primer substitueixo la resistència R3 a 2,2K per establir el corrent màxim de càrrega a uns 500mA, en lloc de l’1A que és per defecte. El motiu és que l’IC fa molta calor quan es carrega. Volia disminuir la temperatura reduint el corrent de càrrega. Per descomptat, triga més a carregar la bateria, però al meu entendre és prou ràpid.

La segona modificació va ser substituir els dos indicadors LED per un ànode comú LED bicolor (vermell-verd). Ho vaig fer per tenir un aspecte millor i ajustar-se al meu disseny, però no cal que ho feu.

I l’últim que he fet al mòdul de carregador és reforçar la soldadura als laterals del connector micro USB. Aquest connector és susceptible de frenar, així que recomano afegir més soldadura entre la carcassa metàl·lica del connector i la placa. Tanmateix, no m’embolicaria amb les connexions elèctriques reals a la part posterior. Aneu amb compte de no afegir massa soldadura, ja que podria endinsar-se al connector.

He vist adaptadors d’alimentació per a taulers de pa (sense bateries) que es connecten a l’extrem de la tauleta de pa i podríeu prendre aquest disseny si és el que voleu, però normalment poso nanos arduino als dos extrems de les taulers de pa i no volia qualsevol cosa que bloquegi el connector USB.

Pas 3: Indicador de bateria (opcional)

Dissenyo un indicador de bateria molt bàsic amb un LED bicolor (vermell-verd) que brilla de color verd quan la bateria està al 50% (3,64 V) o superior; es torna groc quan es troba entre el 50% i el 20% (3,64 V - 3,50 V); i vermell quan està per sota del 20% (3,50 V). Utilitza un amplificador operatiu per crear dos activadors de schmitt per evitar que els LED parpellegin al llindar.

Volia ser molt compacte, així que recomano fer servir el meu disseny. O encara millor, pengeu el meu fitxer gerber i demaneu el meu PCB personalitzat a un lloc web com JLCPCB.com. D’aquesta manera només haureu de soldar els components sense tenir en compte les connexions del PCB. Ara mateix tenen una promoció on podeu comprar 10 PCB petits per 2 USD i enviaments gratuïts per a la primera comanda.

Disseny els PCB a easyEDA, per tant, podeu carregar el projecte i fins i tot canviar el disseny de la manera que vulgueu.

Càtode comú LED bicolor:

Ànode comú LED bicolor:

Pas 4: Muntatge

Primer soldeu els 3 condensadors a la sortida del convertidor d’augment. Aquests condensadors ajuden a reduir qualsevol ondulació i soroll causats pel convertidor d’augment o les càrregues de la sortida. Us recomano instal·lar-los. Si no teniu aquests valors exactes, poseu-hi valors similars.

Després de provar el circuit principal, talleu el perfboard de 2x8cm per deixar espai als tacs que algunes taules de suport tenen al costat. Si no ho feu, el vostre banc de bateries no seria compatible amb alguns tipus de taulers de suport, si més no sense connectar els rails elèctrics cap enrere. No tots els taulers tenen els tacs al mateix costat, i alguns fins i tot tenen 4 tacs en lloc dels tradicionals 3. Si decidiu dissenyar el banc de bateries per connectar-lo als extrems de les taulers de taula, és possible que hàgiu de deixar espai per els tacs que algunes taules de suport tenen en aquests extrems també.

Col·loqueu els passadors masculins de 2x3 en una placa per utilitzar-los com a guia per soldar-los a la placa perfecta en la posició correcta.

Afegiu el díode Schottky (1A 40V o més) a la sortida. Aquest díode protegeix qualsevol component connectat al carril d’alimentació contra pics d’alta tensió causats per bobines com relés, motors, inductors, solenoides, etc. Assegureu-vos que el costat negatiu del díode (línia blanca) va al costat positiu de la sortida.

Per a la funda / funda he fet servir cartró negre. No és la millor opció perquè és inflamable, però podeu utilitzar el que vulgueu.

Pas 5: Conclusió

Alguns consells importants:

• No utilitzeu el banc d’energia mentre carregueu. El procés de càrrega desactiva algunes funcions de protecció que poden danyar la bateria i la càrrega pot provocar una sobrecàrrega. A més, si es desactiva la protecció contra sobrecorrent, es pot danyar fins i tot la pròpia taula.
• La protecció contra sobrecorrent reacciona ràpidament, de manera que talla la potència quan detecta un curtcircuit. Per restablir-lo, apagueu-lo durant uns 3 segons.

Dades rellevants:

Aquests són els resultats d'algunes de les meves proves. Pot ser diferent al vostre, però podeu utilitzar-lo com a referència del que podeu esperar:

• Temps de càrrega del buit al complet (a 560 mA): 4:30 hores.
• Amb una càrrega de 50 mA, la bateria plena va durar 23 hores i 17 minuts.
• Amb una càrrega de 500 mA, la bateria plena va durar 2 hores i 21 minuts. Això suposa uns 1630 mAh a la sortida.
• Vaig observar una caiguda de tensió constant màxima a la sortida de 0,03 V quan estava connectat a una càrrega de 500 mA, de manera que, en general, genera un 5 V molt estable. He vist altres convertidors d’augment més petits on cauen el voltatge 0,7 V per sota de 5 V (4,3 V), cosa que em sembla inacceptable.
• Els voltatges de l'indicador de bateria s'estableixen al voltant del 50% = 3,64 V, del 20% = 3,50 V. La retroalimentació canvia el valor a +/- 0,7 V. Podeu provar diferents valors de resistència per alterar els voltatges on els LED s’encenen / apaguen, però els valors recomanats es basen en les meves proves i càlculs i s’han d’aplicar a la majoria de les bateries 18650.

És possible utilitzar dues bateries en paral·lel per duplicar la capacitat. Jo també vaig construir aquesta versió, però òbviament és més gran i pesada, de manera que no és la meva primera opció. Vostè decideix quina versió voleu construir.

Això és. Si teniu alguna pregunta, feu-m'ho saber.

Bona sort.