USB -variabel spänning: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:36

Jag har haft en idé om en USB -driven variabel strömförsörjning ett tag. När jag designade den gjorde jag den lite mer mångsidig vilket möjliggör inte bara USB -ingång, utan allt från 3 VDC till 8 VDC via en USB -kontakt eller via bananpluggar. Utgången använder den typ av jack som du skulle se i en väggvarta och två bananpluggar. Om du matar in 5 volt i den kan du variera effekten från 1,3 volt till 20 volt lätt belastad med lägre spänningar upp till 200 mA. Framsidan har en digital display som visar volt och ström som går till lasten. På bilden ovan levererar jag ett mini -oscilloskop med 9 volt vid 120mA från 5 volts USB -matning från en bärbar USB -terminal.

Tillbehör:

Delar

(1) 240 ohm motstånd, 1/4 watt

(1) 67 k motstånd, 1/4 watt

(2) 4,7 k motstånd 1/4 watt

(3) 1 k motstånd, 1/4 watt

(3) 2N3904 transistorer

(1) IRF520 Mosfet eller motsvarande

(2) 1N914 kopplingsdioder

(1) 1N4007 -diod

(2).01 uF keramiska kondensatorer (schemat visar 8 nF eller.008 uF men.01 uF är lättare att få)

(2) 10 uF elektrolytkondensatorer, 50 volt

(1) 470 uF elektrolytkondensator 50 volt

(1) 56 uH induktor (kan lindas på en liten toroid om så önskas)

(1) 100k trimkruka

(1) 5k 1/2 watt potentiometer, linjär avsmalnande

(1) LM317 IC -spänningsregulator IC -chip

(4) bananjack (hane)

(1) USB -uttag i standardstorlek (hane)

(1) digital voltmeter amperemeter modul

(1) Bostäder

(1) Perf- eller prototypkort

(1) svart vred med skruvdragare

Krympslang

Olika färger på anslutningstråd

Spadkontakter (olika storlekar)

Kylfläns och kiselmassa för LM317

Verktyg

Lödkolv, Löd, Smältlim, Borr med borr, diverse skruvmejslar, olika typer av små tänger, multimeter och oscilloskop

Steg 1: Skaffa delar

Jag använde avsiktligt delar som är lätta att hitta och som kan bärgas från elektronikskrot. LM317 IC är mycket vanligt och 2N3904 -transistorerna är generella och många olika typer kan ersättas. Mosfet är också mycket vanligt och andra typer kan användas som substitut så länge substitutet är en N-kanal Mosfet och har liknande betyg. Induktorn är inte kritisk och många i intervallet 50 till 200 nH kan användas. För detta ändamål räddar jag dem från förbrukade CFL -lampor. Vilken typ av projektlåda som helst kan användas. Jag hade den här till hands men en billigare svart passar perfekt. När det gäller att använda perf board är det mitt personliga val för den lätthet med vilken modifieringar kan göras.

Steg 2: Teori bakom kretsen

Ovanstående vågformsfoton visar vågformens utveckling. Den första visar vågformen vid utgången från den astabla multivibratorn högst upp på den högra 1N914 -dioden. Den andra visar vågformen vid porten till IRF520 och den sista visar vågformen vid källan till IRF520.

Kretsen använder en två -transistor astabel multivibrator som körs vid 18 kHz. Kvadratvågsutmatningen tas från toppen av en av de två 1N914 -dioderna. Transistorerna är vanliga 2N3904. Lågspänningens fyrkantvåg förstärks av en annan 2N3904 -transistor som är förspänd klass C. Transistorn ökar den ingående kvadratvågan med en faktor på cirka 10 där den passerar genom en elektrolytkondensator och 100k potentiometer innan den appliceras på porten till en IRF520 Mosfet. Mosfet är kopplad som en steg-upp-chopper med källterminalen med en 56 uH-drossel som återgår till 5 volt-matningen. När Mosfet slås på och sedan plötsligt stängs av, bildas magnetfältet i induktorn och kollapsar sedan och ger en EMF på baksidan. Denna bakre EMF -spänning får flöda genom 1N4007 -dioden och är i serie med källspänningen. Detta laddas upp till tillägget av de två spänningarna över 470 uF elektrolyt framför kondensatorn är ett LM317 spänningsregulatorchip konfigurerat som en justerbar strömförsörjning som justeras av 5k potentiometern. Den obelastade spänningen är justerbar från mellan 1,3 volt och 20 volt. En digital voltmeter och ammeter är ansluten till kretsen för att ge rätt spännings- och strömavläsning på frontpanelen.

Steg 3: Bygg Astable Multivibrator och se om det fungerar

Sätt ihop Astable Multivibrator som på bilden. Starta med 5 volt och vågformen vid kollektorn på den andra transistorn ska se ut som sågtanden på det andra fotot med frekvensen cirka 18 kHz.

Steg 4: Lägg till buffert/förstärkare och Boost Converter -sektioner

När det har fastställts att den astabla multivibratorn fungerar kan du lägga till buffertransistorsektionen. 100 K trimpot läggs till för att ställa in nivån på signalinmatningen till Mosfet. Efter montering av Mosfet, samtidigt som du har vidtagit antistatiska försiktighetsåtgärder, installerar du dioden och elektrolytkondensatorn. Innan du installerar dessa delar kanske du vill experimentera med att sätta dem på en experimenteringsbräda medan du provar olika värden på induktor. Jag tog isär ett gäng CFL: er och fann att induktorerna var perfekta för detta ändamål, förutom att de blev heta med mer än 100 mA genom dem. Jag tyckte att denna induktor var perfekt eftersom den använder tjockare tråd. Du kan använda induktorer från 50 till 200 uH och du får bra resultat vid denna frekvens. Jag rekommenderar att du kör Mosfet från en funktionsgenerator medan du experimenterar. Gå från.5 volt topp till topp upp till 5 volt topp till topp. Sätt en voltmeter över 470 uF -kondensatorn och se spänningen bygga upp över kondensatorn till många gånger ingångsspänningen. Utladdad gick min upp till över 30 volt. Se till att din 470 uF elektrolyt är märkt minst 50 volt.

CFL-kompakt lysrör

Steg 5: Lägg till LM317 -kretsen

När du är nöjd med prestandan för Mosfet boost -omvandlingsdelen kan du installera LM317 och dess kylfläns. Jag upptäckte att LM317 blev varm, behövde ett kylfläns men inte Mosfet. Om spolen blir varm kan du göra en kylfläns av aluminiumfolie och lite lim. Jag använde en liten bit plåt böjd runt spolen löst och limmade på plats med smältlim.

Steg 6: Borra hål i fodralet, fäst banankontakter och montera digital display på framsidan

Borra hål i frontpanelen för potentiometer (1), (4) hål för bananuttag och (2) för USB -kabel och adapterkontakt. Montera kretskortet i det läge som visas på bilden och koppla ihop allt. Jag upptäckte att bananpluggarna som jag använde fungerade bättre med spadekontakter anslutna till dem. Vissa märken har lödkontakter på baksidan så det beror på vilken typ av kontakt du använder.

Jag säkrade brädet på fodralet med lite smältlim för enkel borttagning om jag vill göra ändringar i kretsen. Framstycket av svart plast skärs för att rymma mätarens panel. Det fästes med smältlim. När alla uttag var på plats på baksidan, hölls panelen också på plats med smältlim.

Steg 7: Slutmontering och testning

Den sista artikeln som ska anslutas till enheten är spännings-/strömmodulen. Modulen levereras med en svart tråd och en vit ledning, dessa går till ingångsspänningsförsörjningen. Den orangea ledningen känner av den positiva utspänningen. Det finns två tjocka svarta och röda trådar, dessa går till den aktuella shunten. Dessa går i serie med utgående belastning för att låta dig veta hur mycket ström som dras av din last. Mätarna registreras inte om du sätter polariteten bakåt. Jag fann att strömmen av någon anledning inte läste exakt för mig så jag var tvungen att experimentera med olika trådtjocklekar och typer. När jag fick rätt strömavläsning, lödde jag trådarna direkt till terminalerna på modulen och blev av med anslutningarna. Detta kan ha varit ett problem med bara modulen jag använde.

Denna enhet kommer att börja arbeta runt 3 VDC ingång och vid denna spänning ger du upp till 7 volt utgång vid 60 mA. Med 5 volt ingång ger den dig maximalt 11 volt ut vid 120 mA kontinuerligt, utan att någon av komponenterna överhettas. Bättre värmesänkning ger dig högre strömmar. Detta var väl inom det intervall som jag ville använda det till.