Ännu en minsta reglerade boost -SMPS (ingen SMD): 8 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Fullständigt projektnamn:

Ännu en världens minsta reglerade boost DC till DC -omvandlare växlar strömförsörjning med THT (genomgående hålteknik) och ingen SMD (ytmonterad enhet)

OK, ok, du fattade mig. Kanske är den inte mindre än den som skapats av Murata Manufacturing company, men definitivt något du kan bygga själv hemma med hjälp av vanligt tillgängliga element och verktyg.

Min idé var att skapa en kompakt strömförsörjning för switchläge för mina små mikrokontrollerbaserade projekt.

Detta projekt är också ett slags handledning om hur man skapar banor på ett kretskort med solid tråd istället för att bygga vägar med ett löd.

Vi gör det!

Steg 1: Design

Du kan hitta många anpassade mönster i fickformat, men de flesta av dem som jag hittade hade två största nackdelar:

• De är linjära strömförsörjningar, vilket betyder att de inte är särskilt effektiva,
• De är antingen inte reglerade eller reglerade i steg

Min stegomvandlare är en strömförsörjning med switchläge med en jämn reglerad utspänning (via reglerat motstånd). Om du vill läsa mer finns det ett utmärkt dokument på microchip.com som förklarar olika arkitekturer, fördelar och nackdelar med att använda SMPS.

Som ett bas -IC -chip för mitt switchlägesförsörjning valde jag mycket populärt och allmänt tillgängligt chip MC34063. Den kan användas för att bygga step-down (buck), step-up (boost) -omvandlare eller spänningsomvandlare bara genom att lägga till några externa element. Mycket trevlig förklaring till hur man designar SMPS med MC34063 gjordes av Dave Jones i hans YouTube -video. Jag rekommenderar dig starkt att titta på det och följa beräkningarna för värden för varje element.

Om du inte vill göra det manuellt kan du använda onlinekalkylatorn för MC34063 för att passa dina behov. Du kan använda den här av Madis Kaal eller den som är avsedd för högre spänningar på changpuak.ch.

Jag valde element som bara grovt höll sig till beräkningarna:

Jag valde de största kondensatorerna som kunde passa på kortet. Ingångs- och utgångskondensatorer är 220 µF 16V. I Du behöver högre utspänning eller behöver högre ingångsspänning, välj kondensatorer som passar

• Induktor L: 100µH, det här var det enda jag fick med storleken på själva chipet.
• Jag använde diod 1N4001 (1A, 50V) istället för någon Shotky -diod. Växlingsfrekvensen för denna diod är 15 kHz vilket är mindre än min kopplingsfrekvens jag använde, men på något sätt fungerar hela kretsen bra.
• Kopplingskondensator Ct: 1nF (den ger omkopplingsfrekvens ~ 26kHz)
• Strömskyddsmotstånd Rsc: 0,22Ω
• Variabelt motstånd som representerar motståndsförhållande R2 till R1: 20kΩ

Tippar

• Välj omkopplingsfrekvensen (genom att välja rätt omkopplingskondensator) i en rad av din diod (genom att välja Shotkys diod istället för en för allmänna ändamål).
• Välj kondensatorer med mer maxspänning än du vill tillhandahålla som ingång (ingångskondensator) eller sätt på utgången (utgångskondensator). T.ex. 16V kondensator på ingången (med högre kapacitans) och 50V kondensator på utgången (med mindre kapacitans), men båda relativt lika stora.

Steg 2: Material och verktyg

Material jag använde, men exakta värden beror strängt på dina behov:

• Chip MC34063 (Amazon)
• Kopplingskondensator: 1nF
• Ingångskondensator: 16V, 220µF
• Utgångskondensator: 16V, 220µF (jag rekommenderar 50V, 4,7µF)
• Snabbkopplingsdiod: 1N4001 (Vissa Shotky -dioder är mycket snabbare)
• Motstånd: 180Ω (godtyckligt värde)
• Motstånd: 0,22Ω
• Variabelt motstånd: 0-20kΩ, men du kan använda 0-50kΩ
• Induktor: 100 µH
• Prototyp PCB -kort (BangGood.com)
• Några korta kablar

Verktyg som behövs:

• Lödstation (och verktyg runt den: lödtråd, harts om det behövs, något att rengöra ett spets osv …)
• Tång, diagonal tång/sidoskär
• Såg eller roterande verktyg för att skära skivan
• Fil
• Gaffatejp (ja, som ett verktyg, inte som material)
• Du

Steg 3: Placera element - början

Jag lägger mycket tid på att organisera element på tavlan i en sådan konfiguration, så det tar så mindre plats som möjligt. Efter många försök och misslyckanden presenterar det här projektet vad jag slutade med. För närvarande tror jag att det här är den mest optimala placeringen av element med endast 1 sida av brädet.

Jag funderade på att sätta element på båda sidor, men då:

• lödning skulle vara riktigt komplicerat
• Det tar faktiskt inte mindre plats
• SMPS skulle ha någon oregelbunden form, vilket gör att den monteras i t.ex. en myr eller på ett 9V batteri mycket svårt att uppnå

För att ansluta noder använde jag en teknik för att använda en bar tråd, böja den i en förväntad form av en bana och sedan löda den till brädet. Jag föredrar denna teknik istället för att använda ett löd, på grund av:

• Att använda lödet för att "ansluta prickarna" på ett kretskort anser jag vara galet och på något sätt olämpligt. Numera innehåller lödningstråd ett harts som används för att avoxidera lödet och ytan. Men att använda lödet som en vägbyggare gör att hartset förångas och lämnar några oxiderade delar utsatta, vilket jag anser inte är så bra för kretsen själv.
• På kretskort jag använde är det nästan omöjligt att länka 2 "prickar" till ett löd. Lödet fastnar på "prickar" utan att göra en avsedd koppling mellan dem. Om du använder kretskortet där "prickar" är gjorda av koppar och de ligger väldigt nära varandra, ser det lättare ut att göra anslutningar.
• Att använda löd för att skapa sökvägar använder bara … till mycket lödning. Att använda en tråd är bara mindre "dyrt".
• Vid ett misstag kan det vara riktigt svårt att ta bort gammal lödväg och ersätta den med en ny. Att använda trådbana är en relativt mycket lättare uppgift.
• Att använda ledningar gör en mycket mer tillförlitlig anslutning.

Nackdelen är att det tar mer tid att forma tråden och lödda den. Men om du får lite erfarenhet är det ingen svår uppgift längre. Jag brukade i alla fall bara.

Tips

• Huvudregeln för att placera elementen är att skära de överdrivna benen på andra sidan brädet, så nära brädet som möjligt. Det kommer att hjälpa oss senare när vi kommer att placera tråden för att bygga vägar.
• Använd inte elementets ben för att skapa banor. I allmänhet är det en bra idé att göra det, men om du gör ett misstag eller om ditt element måste bytas ut (t.ex. att det är trasigt) är det verkligen svårt att göra det. Du kommer att behöva klippa banvägen i alla fall och eftersom benen är böjda kan det vara utmanande att dra ut elementet från brädet.
• Försök att bygga vägar från kretsens insida till utsidan, eller från ena sidan till den andra. Försök att undvika situationen när du behöver skapa en sökväg, men andra vägar runt har redan skapats. Det kan vara svårt att hålla vägkabeln.
• Klipp inte vägtråden till den slutliga längden/formen före lödning. Ta längre bana-tråd, forma den, använd en tejp för att hålla bana-tråden i en position på brädet, löd den och slutligen klipp den vid en önskad punkt (kolla bilder).

Steg 4: Placera element - huvuduppgift

Du behöver bara följa schemat och placera elementet en efter en, klippa de överdrivna benen, löd det så nära brädet som möjligt, forma vägtråden, löd det och skär. Upprepa med ett annat element.

Dricks:

Du kan kolla på bilder hur jag placerade varje element. Försök bara följa det angivna schemat. I vissa komplexa kretsar som hanterar höga frekvenser etc placeras induktorer separerade på kortet på grund av magnetfält som kan störa andra element. Men i vårt projekt bryr vi oss bara inte om det här fallet. Det är därför jag placerade induktorn precis direkt ovanpå MC34063 -chipet och jag bryr mig inte om några störningar

Steg 5: Klippning av brädet

Du måste veta innan, att kretskort är riktigt hårda och på grund av detta svårt att skära. Jag försökte först använda ett roterande verktyg (foto). Skärlinan är väldigt slät, men det tog väldigt lång tid att klippa den. Jag bestämde mig för att byta till en vanlig såg för att skära metall och för mig fungerade det i allmänhet ok.

Tips:

• Skär brädan innan du lödar alla element. Placera först alla element (ingen lödning), markera skärpunkter, ta bort alla element, klipp av brädet och lägg sedan tillbaka elementen och löd dem. Under skärningen måste du ta hand om redan lödda element.
• Jag skulle föredra att använda såg istället för roterande verktyg, men det här är nog en individuell sak.

Steg 6: Formning

Efter skärning använde jag en fil för att jämna ut kanterna och runda hörnen.

Slutstorleken på brädet var 2,5 cm längd, 2 cm bredd och 1,5 cm höjd.

Projektet i sin grova form är klart. Dags för test …

Steg 7: Testning

Jag kopplade kortet till en LED -rand (12 lysdioder) som behöver 12V strömförsörjning. Jag ställer in 5V -ingång (delas med USB -port) och med hjälp av reglerat motstånd ställer jag in 12V -utgång. Det fungerar perfekt. På grund av den relativt höga strömmen tog MC34063 -chipet varm. Jag lämnade kretsen med LED -rand på i några minuter och det var stabilt.

Steg 8: Slutresultat

Jag anser att det är en stor framgång att en så liten SMPS kan driva denna typ av strömdragning som 12 lysdioder.