แหล่งจ่ายไฟฟ้าแปรผัน USB: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

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

ฉันมีความคิดเกี่ยวกับแหล่งจ่ายไฟแบบแปรผันที่ขับเคลื่อนด้วย USB มาระยะหนึ่งแล้ว เมื่อฉันออกแบบมัน ฉันทำให้มันใช้งานได้หลากหลายขึ้นเล็กน้อย ไม่เพียงแต่อินพุต USB เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอะไรก็ได้ตั้งแต่ 3 VDC ถึง 8 VDC ผ่านปลั๊ก USB หรือผ่านแจ็คปลั๊กกล้วย เอาต์พุตใช้ประเภทของแจ็คที่คุณเห็นในหูดที่ผนังและแจ็คปลั๊กกล้วยสองอัน หากคุณป้อน 5 โวลต์เข้าไป คุณสามารถเปลี่ยนเอาท์พุตจาก 1.3 โวลต์เป็น 20 โวลต์ที่โหลดเบาๆ ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าถึง 200 mA ด้านหน้ามีจอแสดงผลดิจิตอลที่แสดงโวลต์และกระแสที่กำลังโหลด ในภาพด้านบน ฉันกำลังจัดหามินิออสซิลโลสโคป 9 โวลต์ที่ 120mA จากแหล่งจ่าย USB 5 โวลต์จากขั้วต่อ USB ของแล็ปท็อป

เสบียง:

อะไหล่

(1) ตัวต้านทาน 240 โอห์ม 1/4 วัตต์

(1) ตัวต้านทาน 67 k, 1/4 วัตต์

(2) ตัวต้านทาน 4.7 k 1/4 วัตต์

(3) ตัวต้านทาน 1 k, 1/4 วัตต์

(3) 2N3904 ทรานซิสเตอร์

(1) IRF520 Mosfet หรือเทียบเท่า

(2) 1N914 สวิตชิ่งไดโอด

(1) 1N4007 ไดโอด

(2).01 uF ตัวเก็บประจุเซรามิก (แผนผังบอกว่า 8 nF หรือ.008 uF แต่.01 uF ง่ายกว่าที่จะได้รับ)

(2) ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า 10 ยูเอฟ 50 โวลต์

(1) 470 uF ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า 50 โวลต์

(1) ตัวเหนี่ยวนำ 56 uH (สามารถพันบน toroid ขนาดเล็กได้หากต้องการ)

(1) หม้อตัดแต่ง 100k

(1) 5k 1/2 วัตต์โพเทนชิออมิเตอร์, เรียวเชิงเส้น

(1) LM317 IC ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าชิป IC

(4) บานาน่าแจ็ค (ชาย)

(1) ช่องต่อ USB ขนาดมาตรฐาน (ตัวผู้)

(1) โมดูลโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอล

(1) หมู่บ้าน

(1) คณะกรรมการ Perf หรือต้นแบบ

(1) ลูกบิดสีดำพร้อมตัวขันสกรู

ท่อหดความร้อน

ลวดเชื่อมหลากสี

ขั้วต่อจอบ (ขนาดต่างๆ)

แผ่นระบายความร้อนและสารประกอบซิลิกอนสำหรับ LM317

เครื่องมือ

หัวแร้ง, บัดกรี, กาวร้อนละลาย, เจาะด้วยดอกสว่าน, ไขควงชนิดต่างๆ, คีมขนาดเล็กแบบต่างๆ, มัลติมิเตอร์และออสซิลโลสโคป

ขั้นตอนที่ 1: การรับชิ้นส่วน

ฉันตั้งใจใช้ชิ้นส่วนที่หาง่ายและสามารถกอบกู้เศษกระดานอิเล็กทรอนิกส์ได้ LM317 IC เป็นเรื่องธรรมดามากและทรานซิสเตอร์ 2N3904 มีวัตถุประสงค์ทั่วไปและสามารถทดแทนได้หลายประเภท Mosfet นั้นเป็นเรื่องธรรมดามากและสามารถใช้ประเภทอื่นแทนได้ตราบใดที่ตัวทดแทนคือ N-channel Mosfet และมีเรตติ้งใกล้เคียงกัน ตัวเหนี่ยวนำไม่สำคัญและสามารถใช้ได้ในช่วง 50 ถึง 200 nH เพื่อจุดประสงค์นี้ ฉันกอบกู้พวกเขาจากแผงไดรเวอร์หลอดไฟ CFL ที่ใช้แล้ว สามารถใช้กล่องโปรเจ็กต์ประเภทใดก็ได้ ฉันมีอันนี้อยู่ในมือ แต่สีดำที่ถูกกว่านั้นเหมาะสมอย่างยิ่ง สำหรับการใช้บอร์ดที่สมบูรณ์แบบ ฉันเลือกเองเพื่อความสะดวกในการปรับเปลี่ยน

ขั้นตอนที่ 2: ทฤษฎีเบื้องหลังวงจร

รูปคลื่นด้านบนแสดงความคืบหน้าของรูปคลื่น อันแรกแสดงรูปคลื่นที่เอาต์พุตของมัลติไวเบรเตอร์ astable ที่ด้านบนของไดโอด 1N914 ทางขวามือ รูปที่สองแสดงรูปคลื่นที่ประตูของ IRF520 และรูปสุดท้ายแสดงรูปคลื่นที่แหล่งกำเนิดของ IRF520

วงจรนี้ใช้เครื่องมัลติไวเบรเตอร์ astable สองตัวที่ทำงานที่ 18 kHz เอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมถูกนำมาจากด้านบนของไดโอด 1N914 ตัวใดตัวหนึ่ง ทรานซิสเตอร์เป็น 2N3904 ทั่วไป คลื่นสี่เหลี่ยมแรงดันต่ำถูกเพิ่มโดยทรานซิสเตอร์ 2N3904 อีกตัวหนึ่งซึ่งเป็นคลาส C ลำเอียง ทรานซิสเตอร์เพิ่มคลื่นสี่เหลี่ยมอินพุตประมาณ 10 โดยที่ผ่านตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าและโพเทนชิออมิเตอร์ 100k ก่อนนำไปใช้กับเกตของ IRF520 Mosfet. Mosfet ต่อสายเป็นสับแบบขั้นบันไดโดยมีขั้วต่อต้นทางที่มีโช้ค 56 uH กลับไปยังแหล่งจ่าย 5 โวลต์ เมื่อเปิด Mosfet แล้วปิดทันที สนามแม่เหล็กในตัวเหนี่ยวนำจะก่อตัวขึ้นและยุบตัวลงทำให้เกิด EMF ด้านหลัง แรงดัน EMF ย้อนกลับนี้ได้รับอนุญาตให้ไหลผ่านไดโอด 1N4007 และอยู่ในอนุกรมกับแรงดันแหล่งจ่าย สิ่งนี้จะเรียกเก็บเงินจากการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสองตัวในอิเล็กโทรไลต์ 470 uF ข้างหน้าตัวเก็บประจุคือชิปควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM317 ที่กำหนดค่าเป็นแหล่งจ่ายไฟที่ปรับได้ซึ่งปรับโดยโพเทนชิออมิเตอร์ 5k แรงดันไฟฟ้าที่ไม่ได้บรรจุสามารถปรับได้ตั้งแต่ 1.3 โวลต์ถึง 20 โวลต์ โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลและแอมมิเตอร์ถูกต่อเข้ากับวงจรเพื่อให้ค่าแรงดันและกระแสที่อ่านได้ที่แผงด้านหน้าอย่างเหมาะสม

ขั้นตอนที่ 3: สร้าง Astable Multivibrator และดูว่าใช้งานได้หรือไม่

ใส่ Astable Multivibrator เข้าด้วยกันดังภาพ เปิดไฟ 5 โวลต์และรูปคลื่นที่ตัวเก็บประจุของทรานซิสเตอร์ตัวที่สองควรมีลักษณะเหมือนฟันเลื่อยในรูปที่สองที่มีความถี่ประมาณ 18 kHz

ขั้นตอนที่ 4: เพิ่มส่วนบัฟเฟอร์/แอมพลิฟายเออร์และบูสต์คอนเวอร์เตอร์

เมื่อพิจารณาแล้วว่าเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ astable ทำงาน คุณสามารถเพิ่มส่วนบัฟเฟอร์ทรานซิสเตอร์ เพิ่ม trim pot 100 K เพื่อตั้งระดับสัญญาณเข้าที่ Mosfet หลังจากติดตั้ง Mosfet ในขณะที่ใช้มาตรการป้องกันไฟฟ้าสถิต ให้ติดตั้งไดโอดและตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ก่อนที่คุณจะติดตั้งชิ้นส่วนเหล่านี้ คุณอาจต้องการทดลองโดยวางชิ้นส่วนเหล่านี้บนกระดานของผู้ทดลองในขณะที่ลองใช้ค่าต่างๆ ของตัวเหนี่ยวนำ ฉันแยก CFL ออกเป็นกลุ่มๆ และพบว่าตัวเหนี่ยวนำนั้นสมบูรณ์แบบสำหรับจุดประสงค์นี้ ยกเว้นว่ามันร้อนขึ้นโดยมีกระแสไฟเกิน 100 mA ไหลผ่าน ฉันพบว่าตัวเหนี่ยวนำนี้สมบูรณ์แบบเพราะใช้ลวดที่หนากว่า คุณสามารถใช้ตัวเหนี่ยวนำตั้งแต่ 50 ถึง 200 uH และคุณจะได้ผลลัพธ์ที่ดีที่ความถี่นี้ ฉันอยากจะแนะนำให้ขับ Mosfet จากตัวสร้างฟังก์ชันขณะทำการทดลอง ไปจากจุดสูงสุด.5 โวลต์ถึงจุดสูงสุดถึง 5 โวลต์สูงสุดจนถึงจุดสูงสุด วางโวลต์มิเตอร์ไว้บนตัวเก็บประจุ 470 uF และดูแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นข้ามตัวเก็บประจุให้มากกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตหลายเท่า ยกเลิกการโหลดของฉันขึ้นไปเกิน 30 โวลต์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอิเล็กโทรไลต์ 470 uF ของคุณได้รับการจัดอันดับอย่างน้อย 50 โวลต์

CFL-หลอดฟลูออเรสเซนต์ขนาดกะทัดรัด

ขั้นตอนที่ 5: เพิ่มวงจร LM317

เมื่อคุณพอใจกับประสิทธิภาพของส่วนตัวแปลงเพิ่ม Mosfet แล้ว คุณสามารถติดตั้ง LM317 และฮีตซิงก์ได้ ฉันพบว่า LM317 มีความร้อน ต้องการตัวระบายความร้อน แต่ไม่ใช่ Mosfet หากขดลวดร้อน คุณสามารถสร้างฮีทซิงค์จากฟอยล์อลูมิเนียมและกาวได้ ฉันใช้แผ่นโลหะชิ้นเล็กๆ งอรอบๆ ขดลวดอย่างหลวมๆ แล้วติดกาวร้อนละลายเข้าที่

ขั้นตอนที่ 6: เจาะรูในเคส ติด Banana Jacks และ Mount Digital Display ที่ด้านหน้า

เจาะรูที่แผงด้านหน้าสำหรับโพเทนชิออมิเตอร์ (1), (4) รูสำหรับแจ็คกล้วย และ (2) สำหรับสายเคเบิล USB และปลั๊กประเภทอะแดปเตอร์ ติดตั้งแผงวงจรในตำแหน่งที่แสดงในภาพและต่อสายทุกอย่างเข้าด้วยกัน ฉันพบว่าปลั๊กกล้วยที่ฉันใช้ทำงานได้ดีขึ้นด้วยขั้วต่อจอบที่เชื่อมต่ออยู่ บางยี่ห้อมีขั้วต่อแบบบัดกรีที่ด้านหลังจึงขึ้นอยู่กับประเภทของขั้วต่อที่คุณใช้

ฉันยึดบอร์ดไว้บนฐานของเคสด้วยกาวร้อนละลายเล็กน้อยเพื่อให้ถอดออกได้ง่ายหากต้องการปรับเปลี่ยนวงจร ส่วนหน้าเป็นพลาสติกสีดำตัดเพื่อรองรับหน้ามิเตอร์ ยึดด้วยกาวร้อนละลาย เมื่อแม่แรงทั้งหมดเข้าที่ที่ด้านหลัง แผงก็ยึดเข้าที่ด้วยกาวร้อนละลาย

ขั้นตอนที่ 7: การประกอบและการทดสอบขั้นสุดท้าย

รายการสุดท้ายที่จะต่อสายเข้ากับอุปกรณ์คือโมดูลแรงดัน/กระแส โมดูลนี้มาพร้อมกับสายสีดำและสายสีขาว ซึ่งจะไปที่แหล่งจ่ายแรงดันไฟขาเข้า สายสีส้มจะตรวจจับแรงดันบวกของเอาต์พุต มีสายสีดำและสีแดงหนาสองเส้น เหล่านี้ไปที่การแบ่งปัจจุบัน สิ่งเหล่านี้ไปเป็นอนุกรมพร้อมกับโหลดเอาต์พุตเพื่อแจ้งให้คุณทราบว่าโหลดของคุณกำลังดึงกระแสเท่าไหร่ มิเตอร์จะไม่บันทึกหากคุณใส่ขั้วกลับด้าน ฉันพบว่าด้วยเหตุผลบางอย่างที่กระแสไฟฟ้าอ่านได้ไม่ถูกต้องสำหรับฉัน ดังนั้นฉันจึงต้องทดลองกับความหนาและประเภทลวดที่แตกต่างกัน เมื่อฉันได้ค่าที่อ่านได้ถูกต้องแล้ว ฉันบัดกรีสายไฟโดยตรงไปยังเทอร์มินัลของโมดูล เพื่อกำจัดการเชื่อมต่อที่มีให้ นี่อาจเป็นปัญหากับโมดูลที่ฉันใช้อยู่

อุปกรณ์นี้จะเริ่มทำงานประมาณอินพุต 3 VDC และที่แรงดันไฟฟ้านี้จะให้เอาต์พุตสูงสุด 7 โวลต์ที่ 60 mA ด้วยอินพุต 5 โวลต์ จะให้เอาต์พุตสูงสุด 11 โวลต์ที่ 120 mA อย่างต่อเนื่อง โดยไม่ทำให้ส่วนประกอบใด ๆ ร้อนเกินไป การระบายความร้อนที่ดีขึ้นจะทำให้คุณได้รับกระแสน้ำที่สูงขึ้น นี่อยู่ในขอบเขตที่ฉันต้องการใช้สำหรับ