วิธีใช้ตัวแปลง DC เป็น DC Buck LM2596: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

บทช่วยสอนนี้จะแสดงวิธีใช้ LM2596 Buck Converter เพื่อเพิ่มพลังให้อุปกรณ์ที่ต้องการแรงดันไฟฟ้าต่างกัน เราจะแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ชนิดใดดีที่สุดที่จะใช้กับคอนเวอร์เตอร์ และวิธีรับเอาต์พุตมากกว่าหนึ่งเอาต์พุตจากคอนเวอร์เตอร์ (ทางอ้อม)

เราจะอธิบายว่าทำไมเราถึงเลือกตัวแปลงนี้และเราสามารถใช้ตัวแปลงนี้สำหรับโครงการประเภทใด

หมายเหตุเล็กน้อยก่อนที่เราจะเริ่ม: เมื่อทำงานกับหุ่นยนต์และอิเล็กทรอนิกส์ โปรดอย่ามองข้ามความสำคัญของการจ่ายพลังงาน

นี่เป็นบทช่วยสอนแรกของเราในซีรีส์เรื่อง Power Distribution เราเชื่อว่า Power Distribution มักถูกมองข้าม และนี่เป็นเหตุผลใหญ่ที่ทำให้หลายคนเลิกสนใจหุ่นยนต์ตั้งแต่แรกเริ่ม เช่น พวกเขาเผาส่วนประกอบและไม่เต็มใจที่จะซื้อ ส่วนประกอบใหม่จากความกลัวที่จะเผาไหม้อีกครั้ง เราหวังว่าซีรีส์นี้ใน Power Distribution จะช่วยให้คุณเข้าใจวิธีการทำงานกับไฟฟ้าได้ดีขึ้น

เสบียง:

1. LM2596 ตัวแปลง DC เป็น DC
2. แบตเตอรี่อัลคาไลน์ 9V
3. Arduino Uno
4. สายจัมเปอร์
5. 2S Li-Po หรือแบตเตอรี่ Li-Ion
6. 2A หรือ 3A ฟิวส์
7. เซอร์โวมอเตอร์ SG90
8. เขียงหั่นขนมขนาดเล็ก

ขั้นตอนที่ 1: ภาพรวม Pinout

ที่นี่ คุณสามารถดูว่าโมดูล LM2596 DC เป็น DC Converter เป็นอย่างไร คุณสามารถสังเกตได้ว่า LM2596 เป็น IC และโมดูลนี้เป็นวงจรที่สร้างขึ้นรอบ ๆ IC เพื่อให้ทำงานเป็นตัวแปลงที่ปรับได้

Pinout สำหรับโมดูล LM2596 นั้นง่ายมาก:

IN+ ที่นี่เราเชื่อมต่อสายสีแดงจากแบตเตอรี่ (หรือแหล่งพลังงาน) นี่คือ VCC หรือ VIN (4.5V - 40V)

IN- ที่นี่เราเชื่อมต่อสายสีดำจากแบตเตอรี่ (หรือแหล่งพลังงาน) นี่คือกราวด์ GND หรือ V--

OUT+ ที่นี่เราเชื่อมต่อแรงดันบวกของวงจรจ่ายไฟหรือส่วนประกอบที่ขับเคลื่อนด้วย

ออก- ที่นี่เราเชื่อมต่อกราวด์ของวงจรจ่ายไฟหรือส่วนประกอบที่ขับเคลื่อนด้วย

ขั้นตอนที่ 2: การปรับเอาต์พุต

นี่คือตัวแปลงบั๊กซึ่งหมายความว่าจะใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นและแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า ในการปรับแรงดันไฟฟ้าเราต้องทำสองขั้นตอน

1. เชื่อมต่อคอนเวอร์เตอร์กับแบตเตอรี่หรือแหล่งพลังงานอื่นๆ รู้ว่าคุณได้ป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าในตัวแปลงเท่าใด
2. ตั้งค่ามัลติมิเตอร์เพื่ออ่านแรงดันไฟฟ้าและเชื่อมต่อเอาต์พุตของคอนเวอร์เตอร์เข้ากับมัน ตอนนี้คุณสามารถเห็นแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตแล้ว
3. ปรับทริมเมอร์ (ที่นี่ 20k โอห์ม) ด้วยไขควงขนาดเล็กจนกระทั่งแรงดันถูกตั้งไว้ที่เอาต์พุตที่ต้องการ หมุนเครื่องกันขนทั้งสองทิศทางได้ตามสบายเพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงาน บางครั้งเมื่อคุณใช้ตัวแปลงเป็นครั้งแรก คุณจะต้องหมุนสกรูทริมเมอร์ 5-10 วงกลมเต็มเพื่อให้มันทำงาน เล่นกับมันจนกว่าคุณจะได้รับความรู้สึก
4. เมื่อปรับแรงดันไฟฟ้าอย่างเหมาะสมแล้ว แทนที่จะใช้มัลติมิเตอร์ให้เชื่อมต่ออุปกรณ์/โมดูลที่คุณต้องการจ่ายไฟ

ในสองสามขั้นตอนถัดไป เราอยากจะแสดงตัวอย่างสองสามตัวอย่างเกี่ยวกับวิธีสร้างแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอนและเมื่อใดควรใช้แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ ขั้นตอนนี้แสดงที่นี่ต่อจากนี้ไปโดยนัยในตัวอย่างทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 3: คะแนนปัจจุบัน

พิกัดกระแสของไอซี LM2596 คือ 3 แอมป์ (กระแสคงที่) แต่ถ้าคุณดึงผ่านจริง 2 แอมป์ขึ้นไปเป็นเวลานาน มันจะร้อนและไหม้ เช่นเดียวกับอุปกรณ์ส่วนใหญ่ที่นี่ เรายังต้องจัดให้มีการระบายความร้อนที่เพียงพอเพื่อให้ทำงานได้ยาวนานและเชื่อถือได้

ในที่นี้ เราอยากจะเปรียบเทียบระหว่างพีซีและ CPU ตามที่พวกคุณส่วนใหญ่รู้อยู่แล้วว่าพีซีของคุณร้อนขึ้นและพัง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ เราจำเป็นต้องปรับปรุงการระบายความร้อน เราสามารถแทนที่การระบายความร้อนด้วยพาสซีฟหรืออากาศที่ดีกว่า คูลเลอร์หรือแนะนำที่ดียิ่งขึ้นด้วยการระบายความร้อนด้วยของเหลวก็เหมือนกันกับทุกชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์เช่นไอซี ดังนั้นเพื่อปรับปรุงให้ดีขึ้น เราจะติดตัวระบายความร้อนขนาดเล็ก (ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน) ไว้ด้านบน และสิ่งนี้จะกระจายความร้อนจาก IC ไปยังอากาศโดยรอบอย่างอดทน

ภาพด้านบนแสดงโมดูล LM2596 สองเวอร์ชัน

รุ่นแรกไม่มีตัวทำความเย็นและเราจะใช้หากกระแสคงที่ต่ำกว่า 1.5 แอมป์

รุ่นที่สองเป็นแบบมีตัวทำความเย็นและเราจะใช้หากกระแสไฟคงที่สูงกว่า 1.5 แอมป์

ขั้นตอนที่ 4: การป้องกันกระแสไฟสูง

อีกสิ่งหนึ่งที่ต้องพูดถึงเมื่อทำงานกับโมดูลพลังงาน เช่น คอนเวอร์เตอร์ ก็คือ คอนเวอร์เตอร์จะหมดไฟหากกระแสไฟสูงเกินไป ฉันเชื่อว่าคุณเข้าใจแล้วว่าจากขั้นตอนข้างต้น แต่จะป้องกัน IC จากกระแสไฟสูงได้อย่างไร?

ที่นี่เราอยากจะแนะนำส่วนประกอบอื่นของฟิวส์ ในกรณีนี้ตัวแปลงของเราต้องการการป้องกันตั้งแต่ 2 หรือ 3 แอมป์ เราจะเอาฟิวส์ 2 แอมป์มาต่อสายตามภาพด้านบน สิ่งนี้จะให้การป้องกันที่จำเป็นสำหรับ IC ของเรา

ภายในฟิวส์มีลวดเส้นบาง ๆ ที่ทำจากวัสดุที่ละลายในอุณหภูมิต่ำ ความหนาของเส้นลวดจะถูกปรับอย่างระมัดระวังในระหว่างการผลิตเพื่อให้ลวด thae จะขาด (หรือขายไม่ออก) หากกระแสไฟเกิน 2 แอมป์ สิ่งนี้จะหยุดการไหลของกระแสและกระแสสูงจะไม่สามารถมาถึงตัวแปลงได้ แน่นอนนี่หมายความว่าเราจะต้องเปลี่ยนฟิวส์ (เพราะตอนนี้ละลายแล้ว) และแก้ไขวงจรที่พยายามดึงกระแสมากเกินไป

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิวส์ โปรดดูบทแนะนำเกี่ยวกับฟิวส์เมื่อเราเปิดตัว

ขั้นตอนที่ 5: การจ่ายไฟให้มอเตอร์ 6V และตัวควบคุม 5V จากแหล่งเดียว

นี่คือตัวอย่างที่รวมทุกอย่างที่กล่าวถึงข้างต้น เราจะสรุปทุกอย่างด้วยขั้นตอนการเดินสาย:

1. เชื่อมต่อแบตเตอรี่ 2S Li-Po (7.4V) ด้วยฟิวส์ 2A ซึ่งจะช่วยป้องกันวงจรหลักของเราจากกระแสไฟสูง
2. ปรับแรงดันไฟฟ้าเป็น 6V โดยเชื่อมต่อมัลติมิเตอร์ที่เอาต์พุต
3. เชื่อมต่อกราวด์และ VCC จากแบตเตอรี่ด้วยขั้วอินพุตของตัวแปลง
4. เชื่อมต่อเอาต์พุตที่เป็นบวกกับ VIN บน Arduino และด้วยสายสีแดงบนไมโครเซอร์โว SG90
5. เชื่อมต่อเอาต์พุตเชิงลบกับ GND บน Arduino และสายสีน้ำตาลบนไมโครเซอร์โว SG90

ที่นี่เราได้ปรับแรงดันไฟฟ้าเป็น 6V และเปิดเครื่อง Arduino Uno และ SG90 เหตุผลที่เราจะทำอย่างนั้นแทนที่จะใช้เอาต์พุต 5V ของ Arduino Uno เพื่อชาร์จ SG90 คือเอาต์พุตคงที่ที่กำหนดโดยตัวแปลง เช่นเดียวกับกระแสเอาต์พุตที่จำกัดที่มาจาก Arduino และเราต้องการแยกส่วน กำลังมอเตอร์จากกำลังของวงจร สิ่งสุดท้ายนี้ไม่สามารถทำได้จริงเพราะไม่จำเป็นสำหรับมอเตอร์นี้ แต่ตัวแปลงช่วยให้เราสามารถทำเช่นนั้นได้

เพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติมว่าเหตุใดจึงดีกว่าที่จะจ่ายไฟให้กับส่วนประกอบด้วยวิธีนี้และแยกมอเตอร์ออกจากตัวควบคุม โปรดดูบทแนะนำเกี่ยวกับแบตเตอรี่เมื่อวางจำหน่าย

ขั้นตอนที่ 6: การจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ 5V และ 3.3V จากแหล่งเดียว

ตัวอย่างนี้แสดงวิธีการใช้ LM2596 เพื่อจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์สองเครื่องที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกันสองประเภท สามารถมองเห็นสายไฟได้ชัดเจนจากภาพ สิ่งที่เราได้ทำไปแล้วได้อธิบายไว้ในขั้นตอนด้านล่าง

1. เชื่อมต่อแบตเตอรี่อัลคาไลน์ 9V (สามารถซื้อได้ในร้านค้าในพื้นที่) กับอินพุตของตัวแปลง
2. ปรับแรงดันไฟฟ้าเป็น 5V และเชื่อมต่อเอาต์พุตกับเขียงหั่นขนม
3. เชื่อมต่อ 5V ของ Arduino กับขั้วบวกบนเขียงหั่นขนม และเชื่อมต่อกราวด์ของ Arduino และ Breadboard
4. อุปกรณ์ตัวที่สองที่ขับเคลื่อนที่นี่คือตัวส่ง/ตัวรับสัญญาณไร้สาย nrf24 ต้องใช้ 3.3V โดยปกติคุณสามารถจ่ายไฟได้โดยตรงจาก Arduino แต่กระแสที่มาจาก Arduino มักจะอ่อนแอเกินกว่าจะส่งสัญญาณวิทยุที่เสถียร ดังนั้นเราจะใช้ตัวแปลงของเรา เพื่อเพิ่มพลังให้กับมัน
5. ในการทำเช่นนั้นเราจำเป็นต้องใช้ตัวแบ่งแรงดันเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าจาก 5V เป็น 3.3V ทำได้โดยเชื่อมต่อ +5V ของคอนเวอร์เตอร์เข้ากับตัวต้านทาน 2k Ohm และตัวต้านทาน 1k Ohm กับพื้น แรงดันขั้วที่สัมผัสได้ลดลงเหลือ 3.3V ซึ่งเราใช้ชาร์จ nrf24

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวต้านทานและตัวแบ่งแรงดัน โปรดดูบทแนะนำของเราเกี่ยวกับเรื่องนี้เมื่อเปิดตัว

ขั้นตอนที่ 7: บทสรุป

เราอยากจะสรุปสิ่งที่เราได้แสดงไว้ที่นี่

• ใช้ LM2596 เพื่อแปลงแรงดันไฟฟ้าจากสูง (4.5 - 40) เป็นต่ำ
• ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบระดับแรงดันไฟที่เอาต์พุตก่อนเชื่อมต่ออุปกรณ์/โมดูลอื่นๆ เสมอ
• ใช้ LM2596 แบบไม่มีฮีตซิงก์ (คูลเลอร์) สำหรับ 1.5 แอมป์หรือต่ำกว่า และมีฮีตซิงก์สูงสุด 3 แอมป์
• ใช้ฟิวส์ขนาด 2 แอมป์หรือ 3 แอมป์เพื่อป้องกัน LM2596 หากคุณกำลังจ่ายไฟให้กับมอเตอร์โดยดึงกระแสไฟที่คาดเดาไม่ได้
• การใช้ตัวแปลง คุณจะให้แรงดันไฟฟ้าที่เสถียรแก่วงจรของคุณด้วยกระแสไฟที่เพียงพอ ซึ่งคุณสามารถใช้ควบคุมมอเตอร์ได้อย่างน่าเชื่อถือ ด้วยวิธีนี้ คุณจะไม่มีพฤติกรรมลดลงเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

ขั้นตอนที่ 8: สิ่งพิเศษ

คุณสามารถดาวน์โหลดโมเดลที่เราใช้ในบทช่วยสอนนี้ได้จากบัญชี GrabCAD ของเรา:

GrabCAD Robottronic รุ่น

คุณสามารถดูบทแนะนำอื่น ๆ ของเราได้ที่ Instructables:

คำสั่งสอน Robottronic

คุณยังสามารถตรวจสอบช่อง Youtube ที่ยังอยู่ในระหว่างการเปิดตัว:

Youtube Robottronic