אספקת חשמל ללוח DIY: 5 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

תמיד רציתי ספק כוח נייד שמיועד במיוחד ללוחות לחם. מכיוון שאני לא מוצא אותו למכירה, הייתי צריך להכין לבד. אני מזמין אותך לעשות את אותו הדבר.

PCB בחסות JLCPCB. 2 $ עבור PCB ומשלוח חינם הזמנה ראשונה:

מאפיינים:

• יציאות 5V 1A.
• תקעים על כל לוח לחם סטנדרטי של 400 או 830 נקודות.
• מטען עם טעינת יתר, עומס יתר והגנה על זרם יתר.
• מחוון סוללה עם LED דו-צבעוני (ירוק 50-100%, צהוב 20-50%, אדום 0-20%).
• פלט אדווה/רעש נמוך עם דיודת דיכוי.

שלב 1: חומרים

חומרים עיקריים:

• סוללת ליתיום-יון 18650. לקחתי את שלי ממחשב נייד שבור. השתמשתי באחת לפרויקט זה כדי להפוך הכל לקומפקטי/קל ככל האפשר, אך תוכל להשתמש בשתי סוללות במקביל כדי להגדיל את הקיבולת. אם אתה משתמש בשתי סוללות וודא שהן 100% מאותו המותג, הדגם, הגיל/הבלאי והקיבולת, ויש להן טעינה דומה ברגע שאתה מחבר אותן. קנה כאן:
• מודול מטען TP4056 עם הגנה על סוללה. יש גרסה ללא הגנה על סוללה שאסור לך לקנות. הקפד לקנות את זה בעל 6 חיבורים, בדיוק כמו בתמונה. קנה כאן:
• מודול ממיר בוסט MT3608. יש לו פוטנציומטר לבחירת המתח. במקרה זה אני בוחר 5V. קנה כאן:
• כפתור נעילה עצמית בדירוג 3A/125V בקוטר חור של 12 מ"מ. קנה כאן:
• קבלים אלקטרוליטיים של 470µF 25V. זה מפחית את ירידת המתח כאשר אנו מציגים עומס ניכר. קנה כאן:
• קבל קרמיקה 100nF. מפחית את אדוות/רעש בתדירות גבוהה. קנה כאן:
• קבל קרמיקה 1nF. מפחית את אדוות/רעש בתדירות גבוהה מאוד. קנה כאן:
• דיודת שוטקי 1A 40V. זה כדי להגן על רכיבים המחוברים על לוח הלחם מפני קוצים במתח גבוה הנגרם על ידי כל סליל במעגל. קנה כאן:
• 2xboard ס"מ. קנה כאן:
• כותרות זכר מסוג X2 כפול 2x3 2.54 מ"מ. כמה ננו ארדואינו זולים מגיעים עם אלה ואני בדרך כלל לא מלחימה אותם אז לקחתי אותם לפרויקט הזה. אתה יכול לקנות אותם בזווית של 90 מעלות שאולי תהיה אופציה טובה יותר להקל על ההתקנה. קנה כאן:

• אפוקסי:

הערה: כעמית אמזון אני מרוויח מרכישות מתאימות.

חומרים למחוון סוללה (אופציונלי):

• 3 מ"מ LED דו-צבעוני (אדום-ירוק). שמתי דיאגרמות וקבצי גרבר PCB לאנודה משותפת ולדים קתודים נפוצים כך שאחד מהם יעבוד. רק וודא שיש לו די דיפוזיה, שכאשר הפעלת שני הלדים בו זמנית תגרום לצבע צהוב אחיד. ישנם הרבה נוריות דו-צבעיות באיכות גרועה בהן שני הצבעים אינם מתערבבים היטב. קנה כאן:
• מגבר אופטי NE5532P. קנה כאן:
• טרנזיסטור NPN S8050. עם זאת, כמעט כל טרנזיסטור NPN יעבוד. קנה כאן:

• נגדים (1% מ -1/4W או 1/8W):

  • R1: 6.2K עבור הצד השלילי של מחלק המתח למגבר ה- OP 2IN+ השולט כאשר הנורית האדומה נדלקת. קנה כאן:
  • R2: 2.2K עבור הצד החיובי של מחלק המתח עבור op-amp 2IN+ השולט כאשר הנורית האדומה נדלקת. קנה ערכת נגדים הכוללת ערך זה ואת רוב האחרים:
  • R3: 51K למשוב כדי לשנות את מתח ההתייחסות כאשר הנורית האדומה נדלקת למעבר מוצק.
  • R4: 2K עבור LED אדום. ערך זה עשוי להיות שונה בהתאם לנורית ה- LED שלך.
  • R5: 6.8K עבור הצד השלילי של מחלק המתח עבור op-amp 1IN- השולט כאשר הנורית הירוקה כבויה.
  • R6: 2.7K עבור הצד החיובי של מחלק המתח עבור op-amp 1IN- השולט כאשר הנורית הירוקה כבויה. קנה כאן:
  • R7: 100K למשוב כדי לשנות את מתח ההתייחסות כאשר הנורית הירוקה כבויה למעבר מוצק.
  • R8: 100 עבור LED ירוק. ערך זה עשוי להיות שונה בהתאם לנורית ה- LED שלך.
  • R9: 5.1K עבור כניסת הטרנזיסטור. הטרנזיסטור NPN פועל כממיר עבור הפלט כך שלמשוב יש את הקוטביות הנכונה.
  • R10: משיכה 2K לכניסת הטרנזיסטור.

הערה: כל ערכי הנגד של מחיצות המתח והמשוב הם קריטיים מאוד להשגת התוצאה המבוקשת. אם תשנה ערך נגד אחד, ייתכן שתרצה לשנות נגדים אחרים כדי לפצות. או אם אתה רוצה בכוונה לשנות את המתח שבו נוריות הפעלה/כיבוי, אתה יכול לעשות זאת ולשנות את ערכי הנגדים האלה.

חומרים אופציונאליים:

• 3 מ"מ LED דו-צבעי (אדום-ירוק) אנודה משותפת למחוון המטען. מודול המטען כולל שני נוריות LED מובנות: אחת אדומה כדי לציין שהוא נטען; וכחול לציון שתהליך הטעינה הסתיים. נורית דו-צבעית זו יכולה להחליף את הנורות האלה אם תרצה. קנה כאן:
• נגד 2.2K להחלפת ה- R3 במודול המטען כדי להגדיר את זרם הטעינה המרבי לסביבות 500mA, במקום 1A כברירת מחדל. הוא נגד הרים על פני השטח אבל מכיוון שאני קונה רק נגדים דרך חור השתמשתי בזה.

שלב 2: הכנה

לפני כל הלחמה בדוק את כל הרכיבים, במיוחד את המודולים.

לממיר הדחיפה יש פוטנציומטר לבחירת מתח היציאה. הקפד להשאיר אותו על 5V לפני הלחמה לרכיבים אחרים מכיוון שאינך רוצה שהוא יופעל במתח גבוה כאשר אתה מפעיל אותו לראשונה עם כל מה שמחובר. אתה יכול לפוצץ את הקבל האלקטרוליטי או לשרוף את מגבר ה- op על מחוון הסוללה. כדי להתאים את ממיר ההגברה עליך לחבר אותו לסוללה ולמטר. סובב עם כיוון השעון כדי להפחית את המתח; סובב נגד כיוון השעון כדי להגדיל את המתח.

אם בכוונתך לבצע שינויים במודול המטען, בצע זאת כעת לפני שתתחבר לרכיבים אחרים. ישנם שלושה שינויים שעשיתי. ראשית אני מחליף את הנגד R3 ל- 2.2K כדי להגדיר את זרם הטעינה המרבי לסביבות 500mA, במקום 1A שהוא כברירת מחדל. הסיבה היא שה- IC מתחמם מאוד בעת הטעינה. רציתי להוריד את הטמפרטורה ולהפחית את זרם הטעינה. כמובן שלוקח זמן רב יותר לטעון את הסוללה, אך לדעתי הוא מהיר מספיק.

השינוי השני היה החלפת שני מחווני הלדים לאנודה משותפת אחת דו-צבעית (אדום-ירוק). עשיתי את זה כדי להיראות טוב יותר ולהתאים לעיצוב שלי, אבל אתה לא צריך לעשות זאת.

והדבר האחרון שעשיתי למודול המטען הוא לחזק את ההלחמה בצידי מחבר המיקרו USB. מחבר זה חשוף לבלימה ולכן אני ממליץ להוסיף הלחמה נוספת בין מעטפת המתכת של המחבר לבין הלוח המודפס. עם זאת, לא הייתי מתעסק עם החיבורים החשמליים בפועל מאחור. היזהר שלא להוסיף יותר מדי הלחמה מכיוון שהוא עלול להיכנס לתוך המחבר ולהרוס אותו.

ראיתי מתאמי חשמל ללוחות לחם (ללא סוללות) המתחברים בקצה לוח הלוח ואתה יכול לקחת את העיצוב הזה אם זה מה שאתה רוצה, אבל בדרך כלל שמתי ננו ארדואינו משני קצות הלוח ולא רציתי כל דבר שחוסם את מחבר ה- USB שלהם.

שלב 3: מחוון סוללה (אופציונלי)

אני מתכנן מחוון סוללה בסיסי מאוד עם LED דו-צבעוני (אדום-ירוק) שזוהר בירוק כשהסוללה היא ב -50% (3.64V) ומעלה; הופך צהוב כאשר הוא בין 50% ל -20% (3.64V - 3.50V); ואדום כאשר הוא מתחת ל -20% (3.50V). הוא משתמש במגבר אופטי כדי ליצור שני טריגרים של שמיט כדי למנוע מנורות הבהוב על הסף.

רציתי להיות מאוד קומפקטי אז אני ממליץ להשתמש בפריסה שלי. או אפילו יותר טוב, העלה את קובץ הגרבר שלי והזמין את ה- PCB המותאם אישית שלי מאתר כמו JLCPCB.com. כך אתה רק צריך להלחם את הרכיבים מבלי להתמודד עם החיבורים על הלוח. כרגע יש להם מבצע שבו אתה יכול לקנות 10 PCB קטנים ב -2 דולר ומשלוח חינם בהזמנה הראשונה.

אני מעצב את ה- PCB ב- easyEDA ולכן אתה יכול לטעון את הפרויקט ואפילו לשנות את הפריסה כפי שאתה רוצה.

קתודה משותפת LED דו-צבעית:

אנודה משותפת LED דו-צבעית:

שלב 4: הרכבה

תחילה הלחם את 3 הקבלים לפלט של ממיר ההגברה. קבלים אלה עוזרים להפחית כל אדוות ורעש הנגרמים מממיר ההגברה או מהעומסים על הפלט. אני ממליץ בחום להתקין אותם. אם אין לך את הערכים המדויקים האלה, שים במקום זאת ערכים דומים.

לאחר בדיקת המעגל הראשי, חותכים את לוח הלוח בגודל 2x8 ס מ כדי לפנות מקום לחתיכים שיש לחלק מהלוחות בצד שלהם. אם לא תעשה זאת בנק הסוללות שלך לא יהיה תואם לסוגים מסוימים של לוחות לחם, לפחות לא ללא חיבור מסילות החשמל לאחור. לא בכל לוחות הלחם יש את החתיכים באותו צד, ולחלקם אפילו 4 חתיכים במקום 3. המסורתית. אם תבחר לעצב את בנק הסוללות לחבר את קצות לוחות הלחם, ייתכן שתצטרך עדיין לפנות מקום החתיכים שיש בכמה לוחות לחם גם בקצוות האלה.

הנח את סיכות הזכרים 2x3 על קרש לחם המשמש כמדריך להלחמתן על לוח הלוח במיקום הנכון.

הוסף את דיודת השוטקי (1A 40V או יותר) על הפלט. דיודה זו מגינה על כל רכיב המחובר למסילת החשמל מפני קוצים במתח גבוה הנגרמים על ידי סלילים כמו ממסרים, מנועים, משרנים, סולנואידים וכו '. ודא שהצד השלילי של הדיודה (הקו הלבן) עובר לצד החיובי של הפלט.

למארז/לכריכה השתמשתי בקרטון שחור. לא הבחירה הטובה ביותר כי הוא דליק אבל אתה יכול להשתמש במה שאתה רוצה.

שלב 5: מסקנה

כמה טיפים חשובים:

• אל תשתמש בבנק החשמל בזמן הטעינה. תהליך הטעינה משבית כמה תכונות הגנה העלולות לפגוע בסוללה, והעומס עלול לגרום למצב של טעינת יתר. כמו כן, השבתת ההגנה על זרם יתר עלולה לפגוע אפילו בלוח הלחם עצמו.
• הגנת זרם היתר מגיבה ממש מהר ולכן היא מנתקת את החשמל כאשר היא מזהה קצר. כדי לאפס זאת, כבה את הכיבוי למשך כ -3 שניות.

מידע רלוונטי:

אלה התוצאות של כמה מהבדיקות שלי. הוא עשוי להיות שונה משלך, אך תוכל להשתמש בו כהתייחסות למה לצפות:

• זמן טעינה מריק למלא (ב 560mA): 4:30 שעות.
• עם עומס של 50mA, סוללה מלאה נמשכה 23 שעות ו -17 דקות.
• עם עומס של 500mA, סוללה מלאה נמשכה שעתיים ו -21 דקות. הפלט הוא בסביבות 1630mAh.
• צפיתי בירידת מתח קבועה מרבית על הפלט של 0.03V כאשר הוא מחובר לעומס של 500mA, כך שבסך הכל הוא פלט 5V יציב מאוד. ראיתי ממירי בוסט קטנים יותר שבהם הם מורידים את המתח ב -0.7 וולט מתחת ל -5 וולט (4.3 וולט) וזה בעיני בלתי מקובל.
• המתח עבור מחוון הסוללה מוגדר סביב 50% = 3.64V, 20% = 3.50V. המשוב משנה את הערך ל- +/- 0.7V. אתה יכול לנסות ערכי הנגד שונים כדי לשנות את המתחים שבהם נוריות הפעלה/כיבוי, אך הערכים המומלצים שלי מבוססים על הבדיקות והחישובים שלי, והם אמורים לחול על רוב 18650 הסוללות.

אפשר להשתמש בשתי סוללות במקביל להכפלת הקיבולת. גם אני בניתי את הגרסה הזו אבל ברור שהיא יותר גדולה וכבדה ולכן זו לא הבחירה הראשונה שלי. אתה מחליט איזו גירסה לבנות.

זהו זה. אם יש לך שאלה, הודע לי.

בהצלחה.