Encara un altre SMPS Boost regulat més petit (sense SMD): 8 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Nom complet del projecte:

Una altra font d’alimentació de mode de commutació de convertidor de CC a CC de regulació més petita del món mitjançant THT (mitjançant tecnologia de forats) i sense SMD (dispositiu muntat a la superfície)

D'acord, d'acord, m'has aconseguit. Potser no sigui més petit que aquest creat per la companyia Murata Manufacturing, però sens dubte és quelcom que podeu construir vosaltres mateixos a casa mitjançant elements i eines comunament accessibles.

La meva idea era crear una font d’alimentació en mode de commutador compacte per als meus petits projectes basats en microcontroladors.

Aquest projecte també és una mena de tutorial sobre com crear camins en un PCB mitjançant filferro sòlid en lloc de construir camins amb una soldadura.

Fem-ho!

Pas 1: disseny

Podeu trobar molts dissenys personalitzats de font d'alimentació de butxaca, però la majoria d'ells que vaig trobar tenien dos desavantatges majors:

• Són fonts d’alimentació lineals, és a dir, que són poc eficients,
• No estan regulats ni es regulen per etapes

El meu convertidor intensiu és una font d’alimentació en mode commutador amb una tensió de sortida regulada suau (mitjançant una resistència regulada). Si voleu llegir-ne més, hi ha un document excel·lent a microchip.com que explica diferents arquitectures, pros i contres d’utilitzar SMPS.

Com a xip IC base per a la meva font d'alimentació en mode de commutador, vaig escollir el xip MC34063 molt popular i disponible habitualment. Es pot utilitzar per construir convertidors step-down (dòlar), step-up (boost) o inversors de tensió només afegint alguns elements externs. Dave Jones va fer una explicació molt agradable sobre com dissenyar SMPS mitjançant MC34063 al seu vídeo de YouTube. Us recomano que la mireu i que seguiu els càlculs dels valors de cada element.

Si no voleu fer-ho manualment, podeu utilitzar la calculadora en línia per MC34063 per adaptar-vos a les vostres necessitats. Podeu utilitzar aquest de Madis Kaal o el dissenyat per a tensions més altes a changpuak.ch.

He triat elements que només s’adhereixen aproximadament als càlculs:

Vaig triar els condensadors més grans que podrien cabre a la placa. Els condensadors d’entrada i sortida són de 16 µF. I Necessiteu una tensió de sortida més alta o necessiteu una tensió d’entrada més alta, trieu condensadors que s’adaptin

• Inductor L: 100µH, aquest va ser l'únic que vaig obtenir amb la mida del propi xip.
• He utilitzat el díode 1N4001 (1A, 50V) en lloc d'algun díode Shotky. La freqüència de commutació d’aquest díode és de 15 kHz, que és inferior a la meva freqüència de commutació que he utilitzat, però d’alguna manera tot el circuit funciona bé.
• Condensador de commutació Ct: 1 nF (dóna freqüència de commutació ~ 26 kHz)
• Resistència de protecció de corrent Rsc: 0,22Ω
• Resistència variable que representa una relació de resistència R2 a R1: 20kΩ

TIps

• Seleccioneu la freqüència de commutació (triant un condensador de commutació adequat) en un rang del vostre díode (escollint el díode de Shotky en lloc d'un de propòsit general).
• Trieu els condensadors amb més tensió màxima del que voleu proporcionar com a entrada (condensador d’entrada) o accediu a la sortida (condensador de sortida). Per exemple. Condensador de 16V a l’entrada (amb una capacitat més alta) i condensador de 50V a la sortida (amb menys capacitat), però tots dos relativament de la mateixa mida.

Pas 2: materials i eines

Materials que he fet servir, però els valors exactes depenen de les vostres necessitats:

• Xip MC34063 (Amazon)
• Condensador de commutació: 1nF
• Condensador d'entrada: 16V, 220µF
• Condensador de sortida: 16V, 220µF (recomano 50V, 4.7µF)
• Diodo de commutació ràpida: 1N4001 (alguns díodes Shotky són molt més ràpids)
• Resistència: 180Ω (valor arbitrari)
• Resistència: 0,22Ω
• Resistència variable: 0-20kΩ, però podeu utilitzar 0-50kΩ
• Inductor: 100µH
• Prototip de placa PCB (BangGood.com)
• Alguns cables curts

Eines necessàries:

• Estació de soldadura (i serveis públics que l'envolten: filferro de soldadura, resina si cal, alguna cosa per netejar un consell, etc …)
• Alicates, alicates diagonals / talladores laterals
• Serradora o eina rotativa per tallar el tauler
• Dossier
• Cinta adhesiva (sí, com a eina, no com a material)
• Vostè

Pas 3: col·locació d'elements: començament

Dedico molt de temps a organitzar elements al tauler en aquesta configuració, de manera que ocupa el menor espai possible. Després de molts intents i fracassos, aquest projecte presenta amb què vaig acabar. En aquest moment, crec que aquesta és la col·locació més òptima dels elements utilitzant només 1 cara del tauler.

Estava pensant a posar elements a banda i banda, però després:

• la soldadura seria realment complicada
• En realitat, no ocupa menys espai
• Els SMPS tindrien una forma irregular, cosa que fa que el muntatge en p. Ex. un pantà o amb una bateria de 9V molt difícil d’aconseguir

Per connectar nodes he utilitzat una tècnica d'utilitzar un fil nu, doblegar-lo en la forma esperada d'un camí i després soldar-lo al tauler. Prefereixo aquesta tècnica en lloc d'utilitzar una soldadura, a causa de:

• Utilitzant la soldadura per "connectar els punts" en un PCB, considero que és boig i d'alguna manera inadequat. Actualment, el filferro de soldadura conté una resina que s’utilitza per desoxidar la soldadura i la superfície. Però l’ús de soldadura com a constructor de camins fa que la resina es vaporitzi i deixi exposades algunes parts oxidades, cosa que considero que no és tan bona per al circuit en si.
• Al PCB que he utilitzat, enllaçar 2 "punts" amb una soldadura és gairebé impossible. La soldadura s’adhereix als “punts” sense establir una connexió prevista entre ells. Si feu servir el PCB on els "punts" estan fets de coure i estan molt a prop l'un de l'altre, sembla més fàcil establir connexions.
• Utilitzar la soldadura per crear camins fa servir només … molt soldar. Utilitzar un cable és menys "car".
• En cas d'error, pot ser molt difícil eliminar el camí de soldadura antic i substituir-lo per un de nou. Utilitzar el cable-path és una tasca relativament més fàcil.
• L’ús de cables permet una connexió molt més fiable.

L’inconvenient és que es necessita més temps per donar forma al cable i soldar-lo. Però si teniu experiència, ja no és tasca difícil. Almenys només ho acostumava.

Consells

• La regla principal per col·locar els elements és tallar les potes excessives a l’altre costat del tauler, el més a prop possible del tauler. Ens ajudarà més endavant quan col·locarem el filferro per construir camins.
• No utilitzeu les potes de l’element per crear camins. En general, és una bona idea fer-ho, però si cometeu un error o si cal substituir el vostre element (per exemple, està trencat), és molt difícil fer-ho. De totes maneres, haureu de tallar el fil conductor i, com que les potes estan doblegades, pot ser difícil treure l'element del tauler.
• Intenteu construir camins des de l'interior del circuit cap a l'exterior o d'un costat a l'altre. Intenteu evitar la situació, quan heu de crear un camí, però ja hi ha altres camins al voltant. Pot ser difícil mantenir el fil conductor.
• No talleu el fil conductor fins a la longitud / forma final abans de soldar-lo. Preneu-lo més llarg, doneu-li forma, utilitzeu una cinta per mantenir el fil conductor en una posició al tauler, soldeu-lo i, finalment, talleu-lo punt desitjat (consulteu fotos).

Pas 4: col·locació d'elements: tasca principal

Només cal que seguiu l’esquema i col·loqueu l’element un per un, tallant les potes excessives, soldeu-lo el més a prop possible del tauler, modifiqueu el fil conductor, soldeu-lo i talleu-lo. Repetiu-ho amb un altre element.

Consell:

Podeu consultar en una foto com he col·locat tots els elements. Proveu només de seguir l'esquema proporcionat. En alguns circuits complexos relacionats amb altes freqüències, etc., els inductors es col·loquen separats a la placa a causa del camp magnètic que pot interferir amb altres elements. Però en el nostre projecte no ens importa aquest cas. És per això que he col·locat l’inductor directament a sobre del xip MC34063 i no em preocupen les interferències

Pas 5: tallar el tauler

Abans heu de saber que les plaques de PCB són realment dures i per això són difícils de tallar. Primer vaig intentar utilitzar una eina rotativa (foto). La línia de tall és molt llisa, però va trigar molt a tallar-la. Vaig decidir canviar a una serra normal per tallar metall i, per a mi, en general funcionava bé.

Consells:

• Talleu el tauler abans de soldar tots els elements. Primer col·loqueu tots els elements (sense soldadura), marqueu els punts de tall, traieu tots els elements, talleu el tauler i, a continuació, torneu a posar-los i soldeu-los. Durant el tall cal tenir cura dels elements ja soldats.
• Prefereixo fer servir serra en lloc d’eines rotatives, però probablement això sigui individual.

Pas 6: donar forma

Després de tallar, he utilitzat una llima per suavitzar les vores i arrodonir les cantonades.

La mida final del tauler era de 2,5 cm de llargada, 2 cm d’amplada i 1,5 cm d’alçada.

El projecte en la seva forma aproximada està acabat. Temps de proves …

Pas 7: comprovació de l'operació

Vaig connectar la placa a una banda LED (12 LED) que necessita una font d'alimentació de 12V. He configurat l’entrada de 5V (dividit pel port USB) i mitjançant la resistència regulada he configurat la sortida de 12V. Funciona perfectament. A causa del corrent relativament elevat, el xip MC34063 s’escalfava. Vaig deixar el circuit amb banda LED encès durant uns minuts i va ser estable.

Pas 8: Resultat final

Considero com un gran èxit que un SMPS tan petit pugui alimentar aquest tipus de trets corrents com 12 LED.