สลับโหมด Altoids เครื่องชาร์จ IPOD โดยใช้แบตเตอรี่ 'AA' 3 ก้อน: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:08

เป้าหมายของโครงการนี้คือการสร้างเครื่องชาร์จ Altoids tin iPod (firewire) ที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้แบตเตอรี่ 'AA' 3 ก้อน (แบบชาร์จซ้ำได้) โปรเจ็กต์นี้เริ่มต้นจากความร่วมมือกับ Sky ในการออกแบบและก่อสร้าง PCB และ I เกี่ยวกับวงจรและเฟิร์มแวร์ อย่างที่เป็นอยู่ การออกแบบนี้จะใช้งานไม่ได้ นำเสนอที่นี่ในจิตวิญญาณของ "แนวคิดโครงการอนุพันธ์"(https://www.instructables.com/ex/i/C2303A881DE510299AD7001143E7E506/)" ????-- โครงการที่ใช้อีกโครงการหนึ่งเป็นก้าว หินสำหรับการปรับแต่ง ปรับปรุง หรือประยุกต์ใช้กับปัญหาที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ชุมชน DIYers ที่เราเป็นส่วนหนึ่งสามารถทำสิ่งที่น่าอัศจรรย์บางอย่างร่วมกันในฐานะชุมชนได้ นวัตกรรมไม่ค่อยเกิดขึ้นในสุญญากาศ ขั้นตอนต่อไปที่ชัดเจน คือการให้ชุมชนช่วยปรับแต่งและพัฒนาแนวคิดที่ยังไม่พร้อมที่จะทำโครงการให้เสร็จ" เราส่งข้อมูลนี้เพื่อให้ผู้ที่ชื่นชอบ iPod คนอื่นๆ สามารถไปต่อจากที่ค้างไว้ได้ มี (อย่างน้อย) สองเหตุผลที่ที่ชาร์จนี้ _ไม่ทำงาน_: ทรานซิสเตอร์ไม่ให้กระแสไหลเพียงพอที่จะชาร์จตัวเหนี่ยวนำจนเต็ม อีกทางเลือกหนึ่งคือ FET แต่ FET ต้องการไฟอย่างน้อย 5 โวลต์จึงจะเปิดได้เต็มที่ นี้จะกล่าวถึงในส่วน SMPS.2. ตัวเหนี่ยวนำไม่ใหญ่พอ ที่ชาร์จไม่ได้ผลิตกระแสไฟเพียงพอสำหรับ iPod เราไม่มีวิธีที่ถูกต้องในการวัดกระแสไฟชาร์จของ iPod (ยกเว้นการตัดสายชาร์จเดิม) จนกว่าชิ้นส่วนของเราจะมาถึงจาก Mouser ตัวเหนี่ยวนำที่แนะนำไม่มีขนาดใหญ่พอสำหรับโครงการนี้ การเปลี่ยนตัวที่เหมาะสมอาจเป็นคอยล์ที่ Nick de Smith ใช้กับ MAX1771 SMPS ของเขา เป็นคอยล์ 2 หรือ 3 แอมป์จาก digikey:(https://www.desmith.net/NMdS/Electronics/NixiePSU.html#bom) อุปกรณ์นี้สามารถจ่ายไฟให้กับ USB หรืออุปกรณ์ Firewire ในปริมาณเล็กน้อย แต่ไม่เพียงพอ เพื่อชาร์จ iPod (3G) มันจะจ่ายไฟ แต่ไม่ชาร์จ iPod 3G ที่ตายแล้วโดยสิ้นเชิง

ขั้นตอนที่ 1: สลับโหมด Altoids เครื่องชาร์จ IPOD โดยใช้แบตเตอรี่ 'AA' 3 ก้อน

เป้าหมายของโครงการนี้คือการสร้างเครื่องชาร์จ Altoids tin iPod (firewire) ที่มีประสิทธิภาพซึ่งใช้แบตเตอรี่ 'AA' 3 ก้อน (แบบชาร์จซ้ำได้) Firewire จ่ายไฟ 30 โวลต์โดยไม่มีการควบคุม iPod สามารถใช้ไฟ DC ได้ 8-30 โวลต์ เพื่อให้ได้สิ่งนี้จากแบตเตอรี่ AA 3 ก้อน เราจำเป็นต้องมีตัวเพิ่มแรงดันไฟ ในคำแนะนำนี้จะใช้แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ตามไมโครคอนโทรลเลอร์ ใช้ข้อจำกัดความรับผิดชอบมาตรฐาน ไฟฟ้าแรงสูง….ร้ายแรง…เป็นต้น ลองคิดดูว่า iPod ของคุณมีค่าแค่ไหนสำหรับคุณก่อนที่จะเชื่อมต่อกับปืนช็อตไฟฟ้าขนาดเล็กนี้ในกระป๋อง สำหรับข้อมูลทางคณิตศาสตร์และรายละเอียดสกปรกทั้งหมดของ SMPS โปรดอ่านคำแนะนำเกี่ยวกับตัวแปลงเพิ่มความเร็วของหลอด nixie:https://www.instructables.com /ex/i/B59D3AD4E2CE10288F99001143E7E506/?ALLSTEPSอ่านต่อเพื่อดูว่าการออกแบบ SMPS ของ nixie tube ถูกดัดแปลงให้เป็นเครื่องชาร์จ iPod….

งานก่อนหน้านี้มากมายเป็นแรงบันดาลใจให้โครงการนี้ หนึ่งในเครื่องชาร์จ DIY เครื่องแรกใช้แบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์และ AA ร่วมกันเพื่อชาร์จ iPod ผ่านพอร์ต firewire (ใช้ได้กับ iPod ทุกรุ่น บังคับสำหรับ iPod 3G):https://www.chrisdiclerico.com/2004/10/24 /ipod-altoids-battery-pack-v2การออกแบบนี้มีปัญหาการคายประจุที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างแบตเตอรี่ เวอร์ชันที่อัปเดตใช้แบตเตอรี่เพียง 9 โวลต์:https://www.chrisdiclerico.com/2005/01/18/altoids-ipod-battery-pack-v3การออกแบบด้านล่างปรากฏบน Make และ Hackaday ในขณะที่มีการเขียนคำแนะนำนี้ เป็นการออกแบบที่เรียบง่ายสำหรับเครื่องชาร์จ USB 5 โวลต์ (ประเภทนี้จะไม่ชาร์จ iPod รุ่นก่อนหน้า เช่น 3G) ใช้แบตเตอรี่ 9 โวลต์พร้อมตัวควบคุม 7805 5 โวลต์ มีแรงดันไฟฟ้า 5 โวลต์ที่เสถียร แต่แบตเตอรี่เพิ่มเติม 4 โวลต์จากแบตเตอรี่จะถูกเผาไหม้ออกเป็นความร้อนในตัวควบคุม https://www.instructables.com/ex/i/9A2B899A157310299AD7001143E7E506/?ALLSTEPSการออกแบบทั้งหมดนี้มีหนึ่งรายการที่เหมือนกัน: แบตเตอรี่ 9 โวลต์ ฉันคิดว่า 9 โวลต์นั้นไม่ธรรมดาและมีราคาแพง ในขณะที่ค้นคว้าสำหรับคำแนะนำนี้ฉันสังเกตว่า 'Energizer' NiMH 9 โวลต์นั้นได้รับการจัดอันดับ 150 mAh เท่านั้น 'Duracell' ไม่ได้ผลิตไฟแบบชาร์จไฟได้ 9 โวลต์ 'Duracell' หรือ 'Energizer' NiMH 'AA' มีกำลังไฟ 2300 mAh ที่ดีต่อสุขภาพหรือมากกว่า (สูงสุด 2700 mAh สำหรับเครื่องชาร์จที่ชาร์จใหม่กว่า) แบตเตอรี่อัลคาไลน์ AA แบบใช้แล้วทิ้งสามารถหาซื้อได้ทุกที่ในราคาที่เหมาะสม การใช้แบตเตอรี่ 'AA' 3 ก้อนทำให้เราได้ 2700mAh ที่ ~ 4 โวลต์ เทียบกับ 150mAh ที่โวลต์ 9 หรือ 18 (2x9 โวลต์) ด้วยพลังที่มากขนาดนี้ เราสามารถมีชีวิตอยู่ได้ด้วยการสูญเสียจากสวิตชิ่งและพลังงานพิเศษที่ไมโครคอนโทรลเลอร์ SMPS กินเข้าไป

ขั้นตอนที่ 2: SMPS

ภาพประกอบด้านล่างคัดลอกมาจาก TB053 (บันทึกการใช้งานที่ดีจาก Microchip: (https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/91053b.pdf)) เป็นโครงร่างหลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลัง SMPS ไมโครคอนโทรลเลอร์ต่อสายดิน FET (Q1) ทำให้เกิดประจุในตัวเหนี่ยวนำ L1 เมื่อปิด FET ประจุจะไหลผ่านไดโอด D1 ไปยังตัวเก็บประจุ C1 Vvfb เป็นฟีดแบ็คตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ช่วยให้ไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถตรวจสอบแรงดันสูงและเปิดใช้งาน FET ตามความจำเป็นเพื่อรักษาแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ เราต้องการระหว่าง 8 ถึง 30 โวลต์เพื่อชาร์จ iPod ผ่านพอร์ต firewire ให้ออกแบบ SMPS นี้สำหรับเอาต์พุต 12 โวลต์ นี่ไม่ใช่แรงดันไฟฟ้าที่ส่งผลร้ายแรงในทันที แต่อยู่ในช่วงแรงดันไฟฟ้าของไฟร์ไวร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์มีโซลูชั่นชิปตัวเดียวหลายตัวที่สามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่สองสามก้อนเป็น 12 โวลต์ (หรือมากกว่า) โครงการนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับหนึ่งในสิ่งเหล่านี้ เราจะใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ตั้งโปรแกรมได้จาก Microchip แทน PIC 12F683 ซึ่งช่วยให้เราออกแบบ SMPS ด้วยชิ้นส่วนกล่องขยะ และช่วยให้เราใกล้ชิดกับฮาร์ดแวร์ โซลูชันชิปตัวเดียวจะทำให้การดำเนินงานส่วนใหญ่ของ SMPS สับสนและส่งเสริมการล็อคอินของผู้ขาย PIC 12F682 แบบ 8 พินได้รับเลือกสำหรับขนาดที่เล็กและราคา (น้อยกว่า $1) สามารถใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ใดก็ได้ (PIC/AVR) ที่มีตัวปรับความกว้างพัลส์ของฮาร์ดแวร์ (PWM) ตัวแปลงดิจิทัลแบบแอนะล็อก 2 ตัว (ADC) และตัวเลือกอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า (Vref ภายในหรือภายนอก) ฉันชอบ 8 พิน 12F683 และใช้สำหรับทุกอย่าง ในบางครั้งฉันได้ใช้มันเป็นแหล่งสัญญาณนาฬิกาภายนอกที่มีความแม่นยำ 8 Mhz สำหรับ PIC ที่เก่ากว่า ฉันหวังว่า Microchip จะส่งหลอดทั้งหมดให้ฉัน การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าอุปกรณ์นี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ การคายประจุแบตเตอรี่และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะส่งผลให้แรงดันไฟฟ้ เพื่อให้ PIC สามารถรักษาแรงดันเอาต์พุตที่ตั้งไว้ (12 โวลต์) จำเป็นต้องมีการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร สิ่งนี้จะต้องอ้างอิงถึงแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำมาก ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพในช่วงเอาต์พุตจากแบตเตอรี่ AA 3 ก้อน เดิมทีมีการวางแผนไดโอดซีเนอร์ 2.7 โวลต์ แต่ร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในท้องถิ่นมีไดโอด "สเตบิสเตอร์" 2 โวลต์ มันถูกใช้เหมือนกับการอ้างอิงซีเนอร์ แต่แทรก "ย้อนกลับ" (จริง ๆ แล้วไปข้างหน้า) สเตบิสเตอร์ดูเหมือนจะค่อนข้างหายาก (และมีราคาแพง ~0.75 เซนต์ยูโร) ดังนั้นเราจึงสร้างรุ่นที่สองด้วยการอ้างอิง 2.5 โวลต์จากไมโครชิป (MCP1525) ถ้าคุณไม่มีสิทธิ์เข้าถึงสเตบิสเตอร์หรือการอ้างอิงไมโครชิป (หรือ TO-92 อื่นๆ) ก็สามารถใช้ซีเนอร์ 2.7 โวลต์ได้ ผลตอบรับแรงดันมีวงจรป้อนกลับแรงดันไฟสองวงจรที่เชื่อมต่อกับพิน ADC บน PIC ขั้นแรกให้ PIC ตรวจจับแรงดันไฟขาออก PIC จะกระตุ้นทรานซิสเตอร์เพื่อตอบสนองต่อการวัดเหล่านี้ โดยคงค่าการอ่านตัวเลขที่ต้องการบน ADC (ฉันเรียกสิ่งนี้ว่า 'จุดตั้งค่า') PIC วัดแรงดันแบตเตอรี่ผ่านวินาที (ฉันจะเรียกแรงดันไฟฟ้านี้หรือ Vsupply) ตัวเหนี่ยวนำที่เหมาะสมตรงเวลาขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า เฟิร์มแวร์ PIC อ่านค่า ADC และคำนวณเวลาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับทรานซิสเตอร์และตัวเหนี่ยวนำ (ค่ารอบระยะเวลา/หน้าที่ของ PWM) เป็นไปได้ที่จะป้อนค่าที่แน่นอนลงใน PIC ของคุณ แต่ถ้าแหล่งจ่ายไฟมีการเปลี่ยนแปลง ค่าจะไม่เหมาะสมอีกต่อไป ขณะใช้แบตเตอรี่ แรงดันไฟฟ้าจะลดลงเมื่อแบตเตอรี่หมด ทำให้ต้องตรงเวลานานขึ้น วิธีแก้ปัญหาของฉันคือให้ PIC คำนวณทั้งหมดนี้และตั้งค่าของตัวเอง ตัวแบ่งทั้งสองได้รับการออกแบบมาเพื่อให้ช่วงของแรงดันไฟฟ้าอยู่ภายใต้การอ้างอิง 2.5 โวลต์ แรงดันไฟจ่ายหารด้วยตัวต้านทาน 100K และ 22K โดยให้ 0.81 ที่ 4.5 โวลต์ (แบตเตอรี่ใหม่) ถึง 0.54 ที่ 3 โวลต์ (แบตเตอรี่หมด) เอาต์พุต/แรงดันสูงแบ่งออกเป็นตัวต้านทาน 100K และ 10K (22K สำหรับเอาต์พุต USB) เรากำจัดตัวต้านทานทริมเมอร์ที่ใช้ใน nixie SMPS สิ่งนี้ทำให้การปรับตั้งต้นมีจุดด่างเล็กน้อย แต่กำจัดองค์ประกอบขนาดใหญ่ ที่เอาต์พุต 12 โวลต์ ค่าป้อนกลับจะอยู่ที่ประมาณ 1 โวลต์ FET/SwitchFET คือ 'สวิตช์' มาตรฐานใน SMPS FET สามารถสลับได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าแบตเตอรี่ AA 3 ก้อน ใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันแทนเนื่องจากเป็นอุปกรณ์สวิตช์ปัจจุบัน TIP121 ได้รับ 1,000 ขั้นต่ำ –ทรานซิสเตอร์ที่คล้ายคลึงกันก็สามารถใช้ได้ ไดโอดอย่างง่าย (1N4148) และตัวต้านทาน (1K) ปกป้องพิน PIC PWM จากแรงดันไฟรั่วที่มาจากฐานทรานซิสเตอร์ คอยล์เหนี่ยวนำ ฉันค่อนข้างชอบตัวเหนี่ยวนำพลังงาน C&D ที่ Mouser มีจำหน่าย พวกเขามีขนาดเล็กและสิ่งสกปรกราคาถูก สำหรับเครื่องชาร์จรุ่น USB ใช้ตัวเหนี่ยวนำ 220uH (22R224C) รุ่น firewire ใช้ตัวเหนี่ยวนำ 680 uH (22R684C) ค่าเหล่านี้ถูกเลือกโดยการทดลอง ในทางทฤษฎี ตัวเหนี่ยวนำค่าใด ๆ ควรทำงานหากเฟิร์มแวร์ PIC ได้รับการกำหนดค่าอย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงขดลวดมีค่าน้อยกว่า 680uH ในรุ่น firewire นี่อาจเกี่ยวข้องกับการใช้ทรานซิสเตอร์แทนที่จะเป็น FET เป็นสวิตช์ ฉันจะขอบคุณมากสำหรับคำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญใด ๆ ในพื้นที่นี้ Rectifier DiodeA วงจรเรียงกระแส 100 โวลต์ 1 แอมป์ราคาถูก super/ultra เร็วพิเศษจาก Mouser (ดูรายการชิ้นส่วน) ถูกใช้ สามารถใช้วงจรเรียงกระแสแรงดันต่ำอื่นๆ ได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไดโอดของคุณมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าต่ำและกู้คืนได้เร็ว (ดูเหมือนว่า 30ns จะทำงานได้ดี) Schottky ที่เหมาะสมควรใช้งานได้ดี แต่ระวังความร้อน เสียงเรียกเข้า และ EMI Joe ในรายการส่งเมล switchmode แนะนำ: (website:https://groups.yahoo.com/group/switchmode/) "ฉันคิดว่าเนื่องจาก Schottky เร็วกว่าและมีความจุทางแยกสูงอย่างที่คุณพูด คุณจะได้รับเสียงเรียกเข้าเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อย และ EMI แต่มันจะมีประสิทธิภาพมากกว่า อืม ฉันสงสัยว่าถ้าคุณใช้ 1N5820 การสลาย 20v สามารถแทนที่ Zener diode ของคุณได้หากคุณต้องการกระแสไฟต่ำสำหรับ Ipod ของคุณ"Input/Output Capacitors and ProtectionA 100uf/25v electrolytic input ตัวเก็บประจุเก็บพลังงานสำหรับตัวเหนี่ยวนำ ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์ 47uf/63v และตัวเก็บประจุแบบฟิล์มโลหะ 0.1uf/50V ปรับแรงดันเอาต์พุตให้เรียบ วางซีเนอร์ขนาด 1 วัตต์ 5.1 โวลต์ไว้ระหว่างแรงดันไฟฟ้าขาเข้ากับกราวด์ ในการใช้งานปกติ 3 AA ไม่ควรให้ 5.1 โวลต์ หากผู้ใช้จัดการให้ไฟเกินบอร์ด ซีเนอร์จะยึดแหล่งจ่ายไฟไว้ที่ 5.1 โวลต์ สิ่งนี้จะปกป้อง PIC จากความเสียหาย –จนกว่าซีเนอร์จะไหม้ ตัวต้านทานสามารถแทนที่สายจัมเปอร์เพื่อสร้างตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าซีเนอร์ที่แท้จริง แต่จะมีประสิทธิภาพน้อยกว่า (ดูส่วน PCB) เพื่อปกป้อง iPod ได้มีการเพิ่มไดโอดซีเนอร์ขนาด 24 โวลต์ 1 วัตต์ระหว่างเอาต์พุตและกราวด์ ในการใช้งานปกติไดโอดนี้ไม่ควรทำอะไรเลย หากมีสิ่งผิดปกติร้ายแรง (แรงดันเอาต์พุตเพิ่มขึ้นเป็น 24) ไดโอดนี้ควรยึดแหล่งจ่ายไฟไว้ที่ 24 โวลต์ (ต่ำกว่าไฟร์ไวร์สูงสุด 30 โวลต์) ตัวเหนี่ยวนำใช้เอาต์พุตสูงสุด ~0.8 วัตต์ที่ 20 โวลต์ ดังนั้นซีเนอร์ขนาด 1 วัตต์ควรกระจายแรงดันไฟฟ้าส่วนเกินโดยไม่ทำให้เกิดการเผาไหม้

ขั้นตอนที่ 3: PCB

หมายเหตุ มี PCB สองรุ่น รุ่นหนึ่งสำหรับแรงดันอ้างอิงซีเนอร์/สเตบิสเตอร์ และอีกรุ่นสำหรับอ้างอิงแรงดันไฟ MCP1525 เวอร์ชัน MCP เป็นเวอร์ชัน "ที่ต้องการ" ซึ่งจะมีการอัปเดตในอนาคต มีการสร้าง USB เวอร์ชันเดียวเท่านั้นโดยใช้ MCP vref นี่เป็น PCB ที่ออกแบบได้ยาก กระป๋องของเรามีพื้นที่เหลือจำกัดหลังจากลดปริมาณแบตเตอรี่ AA 3 ก้อนแล้ว กระป๋องที่ใช้ไม่ใช่กระป๋องอัลทอยด์ของแท้ แต่เป็นกล่องใส่มินต์ฟรีที่โปรโมตเว็บไซต์ ควรมีขนาดเท่ากับกระป๋องอัลทอยด์ เนเธอร์แลนด์ไม่มีกระป๋อง Altoids ที่ใส่แบตเตอรี่พลาสติกจากร้านขายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในท้องถิ่นใช้สำหรับเก็บแบตเตอรี่ AA 3 ก้อน ตะกั่วถูกบัดกรีโดยตรงกับคลิปบน จ่ายไฟให้กับ PCB ผ่านรูจัมเปอร์สองรู ทำให้การจัดวางแบตเตอรี่มีความยืดหยุ่น ทางออกที่ดีกว่าอาจเป็นคลิปหนีบแบตเตอรี่แบบติดตั้งบน PCB ที่ดี หาไม่เจอครับ ไฟ LED งอ 90 องศาเพื่อเจาะรูในกระป๋อง TIP121 ยังงอที่ 90 องศา แต่ไม่แบน!!!** ไดโอดและตัวต้านทานสองตัวทำงานภายใต้ทรานซิสเตอร์เพื่อประหยัดพื้นที่ ในภาพคุณจะเห็นว่าทรานซิสเตอร์งอ แต่บัดกรีจนลอยเหนือส่วนประกอบหนึ่งเซนติเมตร เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้กางเกงสั้นโดยไม่ได้ตั้งใจ ให้ปิดบริเวณนี้ด้วยกาวร้อนหรือแท่งเหนียวเหนียวที่เป็นยาง การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า MCP1525 อยู่ภายใต้ TIP121 ใน PCB เวอร์ชัน MCP มันทำให้ตัวเว้นวรรคมีประสิทธิภาพมาก ด้านหลังมีส่วนประกอบ 3 ส่วน ได้แก่ ฝาปิดดีคัปปลิ้งสำหรับ PIC และซีเนอร์ขนาดใหญ่สองตัว (24 โวลต์และ 5.1 โวลต์) ต้องใช้สายจัมเปอร์เพียงเส้นเดียว (2 สำหรับรุ่น MCP) เว้นแต่คุณต้องการเรียกใช้อุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง ให้วางสวิตช์ขนาดเล็กในแนวเดียวกับสายไฟจากพลังงานแบตเตอรี่ไปยังแผงวงจร ไม่ได้ติดตั้งสวิตช์บน PCB เพื่อประหยัดพื้นที่และจัดวางได้อย่างยืดหยุ่น **Eagle มีข้อ จำกัด ในการกำหนดเส้นทางในแพ็คเกจ to-220 ที่ขัดจังหวะระนาบพื้น ฉันใช้ตัวแก้ไขไลบรารีเพื่อลบ b-restrict และเลเยอร์อื่นๆ ออกจากรอยเท้า TIP121 คุณยังสามารถเพิ่มสายจัมเปอร์เพื่อแก้ปัญหานี้ได้ ถ้าคุณไม่ชอบตัวแก้ไขไลบรารีของ eagle ขดลวดเหนี่ยวนำและรอยเท้าที่ดัดแปลงเป็น-220 อยู่ในไลบรารี Eagle ที่รวมอยู่ในไฟล์เก็บถาวรของโครงการ รายการชิ้นส่วน (หมายเลขชิ้นส่วนของ Mouser ระบุไว้สำหรับบางส่วน ส่วนอื่นๆ มาจากกล่องขยะ): ค่าส่วน (การจัดอันดับแรงดันไฟฟ้าต่ำสุด ใหญ่กว่าก็ใช้ได้))C1 0.1uF/10VC2 100uF/25VC3 0.1uF/50VC4 47uF/63V (mouser #140-XRL63V47, $0.10)D1 Rectifier Diode SF12 (mouser #821-SF12), $0.22 หรืออื่นๆD2 1N4148 ไดโอดสัญญาณขนาดเล็ก (mouser #78 -1N4148, $0.03) D3 (Firewire) 24 Volt Zener/1 W (mouser #512-1N4749A, $0.09)D3 (USB) 5.6 Volt Zener/1 W (เมาส์ #78-1N4734A, $0.07)D4 5.1 Volt Zener/1W (mouser #78-1N4733A, $0.07)IC1 PIC 12F683 & 8 pin dip socket (ตัวเลือกซ็อกเก็ต/แนะนำ รวมประมาณ $1.00) L1 (Firewire) 22R684C 680uH/0.25 amp inductor coil (mouser # 580-22R684C, $0.59)L1 (USB) 22R224C 220uH/0.49amp inductor coil (mouser # 580-22R224C, $0.59)LED1 5mm LEDQ1 TIP-121 Darlington driver or similarR1 100KR2 (Firewire) 10KR2 (USB) 22KR3 100KR4 22KR6 330 OHMR7 10KR8 1KVREF1 Microchip version MCP1525 (MCP1525) (mouser #579-MCP1525ITO, $0.55) -หรือ- 2.7 volt/400ma zener with 10K resistor (R3) (zener reference version PCB) -or- 2volt stabistor with 10K resistor (R3) (zener reference version PCB)X1 Firewire/ IEEE1394 6 ขามุมขวา คอนเน็กเตอร์ยึด PCB แนวนอน: Kobiconn (เมาส์ #154-FWR20, $1.85) -หรือ- EDAC (เมาส์ #587-693-006-620-003, 0.93 ดอลลาร์)

ขั้นตอนที่ 4: เฟิร์มแวร์

FIRMWARE รายละเอียดที่สมบูรณ์ของเฟิร์มแวร์ SMPS มีการระบุไว้ในคำแนะนำของ nixie SMPS สำหรับรายละเอียดทางคณิตศาสตร์และสกปรกทั้งหมดของ SMPS อ่าน nixie tube boost converter ที่สอนได้:(https://www.instructables.com/ex/i/B59D3AD4E2CE10288F99001143E7E506/?ALLSTEPS)เฟิร์มแวร์เขียนด้วย MikroBasic คอมไพเลอร์ฟรี โปรแกรมสูงสุด 2K (https://www.mikroe.com/) หากคุณต้องการโปรแกรมเมอร์ PIC ให้พิจารณาบอร์ดโปรแกรมเมอร์ JDM2 ที่ปรับปรุงแล้วของฉันที่โพสต์ที่ Instructables.com/ex/i/6D80A0F6DA311028931A001143E7E506 /?ALLSTEPS).การทำงานของเฟิร์มแวร์พื้นฐาน:1.เมื่อจ่ายไฟ PIC จะเริ่มทำงาน2. PIC ล่าช้าเป็นเวลา 1 วินาทีเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าคงที่3. PIC อ่านผลป้อนกลับด้านแรงดันไฟฟ้าและคำนวณค่ารอบการทำงานและระยะเวลาที่เหมาะสมที่สุด4. PIC บันทึกการอ่าน ADC รอบการทำงาน และค่าระยะเวลาไปยัง EEPROM วิธีนี้ช่วยให้สามารถแก้ไขปัญหาและช่วยวินิจฉัยความล้มเหลวที่ร้ายแรงได้ ที่อยู่ EEPROM 0 เป็นตัวชี้การเขียน บันทึก 4 ไบต์หนึ่งรายการจะถูกบันทึกทุกครั้งที่เริ่ม SMPS (อีกครั้ง) 2 ไบต์แรกคือ ADC สูง/ต่ำ ไบต์ที่สามมีค่าต่ำกว่า 8 บิตของรอบการทำงาน ไบต์ที่สี่คือค่าช่วงเวลา การสอบเทียบทั้งหมด 50 รายการ (200 ไบต์) จะถูกบันทึกไว้ก่อนที่ตัวชี้การเขียนจะพลิกและเริ่มอีกครั้งที่ที่อยู่ EEPROM 1 บันทึกล่าสุดจะอยู่ที่ตัวชี้-4 สิ่งเหล่านี้สามารถอ่านได้จากชิปโดยใช้โปรแกรมเมอร์ PIC 55 ไบต์บนจะว่างสำหรับการปรับปรุงในอนาคต 5. PIC เข้าสู่ลูปไม่รู้จบ - วัดค่าป้อนกลับแรงดันสูง หากต่ำกว่าค่าที่ต้องการ การลงทะเบียนรอบการทำงานของ PWM จะถูกโหลดด้วยค่าที่คำนวณได้ - หมายเหตุ: สองบิตล่างมีความสำคัญและต้องโหลดลงใน CPP1CON 8 บิตบนจะเข้าสู่ CRP1L ถ้าผลป้อนกลับมากกว่าค่าที่ต้องการ PIC จะโหลดรอบการทำงานที่ลงทะเบียนด้วย 0 ซึ่งเป็นระบบ 'การข้ามแบบพัลส์' ฉันตัดสินใจเลือกพัลส์ข้ามด้วยเหตุผลสองประการ: 1) ที่ความถี่สูงเช่นนี้ ไม่มีความกว้างของหน้าที่ให้เล่นมากนัก (ในตัวอย่างของเรา 0-107 น้อยกว่ามากเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า) และ 2) การปรับความถี่ได้ และให้พื้นที่ในการปรับเปลี่ยนมากขึ้น (35-255 ในตัวอย่างของเรา) แต่หน้าที่เท่านั้นคือบัฟเฟอร์สองเท่าในฮาร์ดแวร์ การเปลี่ยนความถี่ในขณะที่ PWM กำลังทำงานอาจมีเอฟเฟกต์ 'แปลก' การเปลี่ยนแปลง: เฟิร์มแวร์ได้รับการอัพเดตเล็กน้อยจากเวอร์ชัน nixie tube SMPS 1. การเชื่อมต่อพินมีการเปลี่ยนแปลง ไฟ LED หนึ่งดวงถูกกำจัด ใช้ไฟ LED แสดงสถานะเพียงตัวเดียว พินออกจะแสดงในภาพ คำอธิบายที่เป็นสีแดงคือการกำหนดพิน PIC เริ่มต้นที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ 2. ตัวแปลงดิจิทัลแบบแอนะล็อกถูกอ้างอิงถึงแรงดันไฟฟ้าภายนอกที่ขา 6 แทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้า 3.เมื่อแบตเตอรี่หมด แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายจะเปลี่ยนไป เฟิร์มแวร์ใหม่จะทำการวัดแรงดันไฟฟ้าทุกๆ สองสามนาที และอัปเดตการตั้งค่าโมดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์ "การปรับเทียบใหม่" นี้ช่วยให้ตัวเหนี่ยวนำทำงานอย่างมีประสิทธิภาพเมื่อแบตเตอรี่หมด 4.ออสซิลเลเตอร์ภายในตั้งค่าเป็น 4 MHz ความเร็วในการทำงานที่ปลอดภัยอยู่ที่ประมาณ 2.5 โวลต์5.บันทึกถาวร ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องตั้งค่าใน EEPROM เพื่อเริ่มต้นที่ตำแหน่ง 1 PIC สด ง่ายต่อการเข้าใจสำหรับผู้เริ่มต้น 6.เวลาปล่อยตัวเหนี่ยวนำ (นอกเวลา) คำนวณในเฟิร์มแวร์แล้ว ตัวคูณก่อนหน้า (ตรงเวลาหนึ่งในสาม) ไม่เพียงพอสำหรับการเพิ่มเล็กน้อยดังกล่าว วิธีเดียวที่จะรักษาประสิทธิภาพตลอดการคายประจุแบตเตอรี่คือการขยายเฟิร์มแวร์เพื่อคำนวณเวลาหยุดทำงานจริง การปรับเปลี่ยนนี้เป็นการทดลอง แต่ได้รวมเข้ากับเฟิร์มแวร์ขั้นสุดท้ายแล้ว จาก TB053 เราพบสมการนอกเวลา: 0=((volts_in-volts_out)/coil_uH)*fall_time + coil_amps จัดการสิ่งนี้เป็น: fall_time= L_Ipeak/(Volts_out-Volts_in) โดยที่: L_Ipeak=coil_uH*coil_ampsL_Ipeak เป็นค่าคงที่ที่ใช้ไปแล้ว ในเฟิร์มแวร์ (ดูส่วนเฟิร์มแวร์) มีการคำนวณ Volts_in เพื่อกำหนดตัวเหนี่ยวนำตรงเวลา Volts_out เป็นค่าคงที่ที่ทราบ (5/USB หรือ 12/Firewire) สิ่งนี้ควรใช้ได้กับค่าบวกทั้งหมดของ V_out-V_in หากคุณได้รับค่าลบ แสดงว่าคุณมีปัญหามากขึ้น! สมการทั้งหมดจะถูกคำนวณในสเปรดชีตตัวช่วยที่มาพร้อมกับ NIXIE smps ที่สอนได้ บรรทัดต่อไปนี้ถูกเพิ่มไปยังส่วนค่าคงที่ของเฟิร์มแวร์ที่อธิบายไว้ในขั้นตอนการปรับเทียบ:const v_out เป็น byte=5 'แรงดันเอาต์พุตเพื่อกำหนดเวลานอกเวลา

ขั้นตอนที่ 5: การปรับเทียบ

ขั้นตอนการสอบเทียบหลายขั้นตอนจะช่วยให้คุณได้รับประโยชน์สูงสุดจากที่ชาร์จ ค่าที่วัดได้ของคุณสามารถแทนที่ค่าของฉันและรวบรวมเป็นเฟิร์มแวร์ได้ ขั้นตอนเหล่านี้เป็นทางเลือก (ยกเว้นการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า) แต่จะช่วยให้คุณใช้ประโยชน์จากแหล่งจ่ายไฟได้อย่างเต็มที่ สเปรดชีตเครื่องชาร์จ ipod จะช่วยคุณในการดำเนินการ calibrations.const v_out เป็น byte=12 'output voltage เพื่อกำหนดเวลา off-time, 5 USB, 12 Firewireconst v_ref as float=2.5 '2.5 for MCP1525, 1.72 for my stabistor, ~2.7 for a zener.const supply_ratio เป็น float=5.54 'ตัวคูณอัตราส่วนอุปทาน ปรับเทียบเพื่อความแม่นยำที่ดีขึ้นconst osc_freq เป็น float=4 'oscillator frequencyconst L_Ipeak as float=170 'coil uH * coil amps continuous (680*0.25=170, round down) const fb_value as word=447 'จุดตั้งค่าแรงดันไฟขาออกค่าเหล่านี้สามารถพบได้ที่ด้านบนสุดของรหัสเฟิร์มแวร์ ค้นหาค่าและตั้งค่าดังนี้:V_outนี่คือแรงดันเอาต์พุตที่เราต้องการบรรลุ ตัวแปรนี้จะไม่เปลี่ยนแรงดันเอาต์พุตด้วยตัวเอง ค่านี้ใช้เพื่อกำหนดระยะเวลาที่ตัวเหนี่ยวนำต้องการในการปลดปล่อยอย่างเต็มที่ เป็นการปรับปรุงที่ทำกับเฟิร์มแวร์ USB ที่พอร์ตไปยังเวอร์ชัน firewire ป้อน 12 นั่นคือแรงดันเป้าหมาย firewire ของเรา (หรือ 5 สำหรับ USB) ดูเฟิร์มแวร์:การเปลี่ยนแปลง:ขั้นตอนที่6 สำหรับรายละเอียดที่สมบูรณ์ของการเพิ่มนี้ v_refนี่คือการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าของ ADC นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อกำหนดแรงดันไฟจ่ายจริงและคำนวณเวลาชาร์จคอยล์เหนี่ยวนำ ป้อน 2.5 สำหรับ MCP1525 หรือวัดแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน สำหรับการอ้างอิงแบบซีเนอร์หรือสเตบิสเตอร์ ให้วัดแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอน: 1.โดยไม่ต้องใส่ PIC - ต่อสายจากกราวด์ (ซ็อกเก็ต PIN8) เข้ากับขาซ็อกเก็ต 5 ซึ่งจะช่วยป้องกันตัวเหนี่ยวนำและทรานซิสเตอร์ไม่ให้ความร้อนขณะเปิดเครื่อง แต่ PIC เป็น ไม่ได้ใส่2.ใส่แบตเตอรี่/เปิดเครื่อง3.การใช้มัลติมิเตอร์วัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างพินอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า PIC (ซ็อกเก็ต PIN6) และกราวด์ (พินซ็อกเก็ต8) ค่าที่แน่นอนของฉันคือ 1.7 โวลต์สำหรับสเตบิสเตอร์ และ 2.5 โวลต์สำหรับ MSP1525 4.ป้อนค่านี้เป็นค่าคงที่ v_ref ในเฟิร์มแวร์ supply_ratioตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วยตัวต้านทาน 100K และ 22K ในทางทฤษฎี ผลป้อนกลับควรเท่ากับแรงดันไฟจ่ายหารด้วย 5.58 (ดูตารางที่ 1 การคำนวณเครือข่ายป้อนกลับแรงดันไฟจ่าย) ในทางปฏิบัติ ตัวต้านทานมีความคลาดเคลื่อนต่างๆ และไม่ใช่ค่าที่แน่นอน เพื่อหาอัตราส่วนป้อนกลับที่แน่นอน:4.วัดแรงดันไฟป้อน (Supply V) ระหว่างพินซ็อกเก็ต 1 และกราวด์ (พินซ็อกเก็ต 8) หรือระหว่างขั้วแบตเตอรี่5.วัดแรงดันป้อนกลับของอุปทาน (SFB V) ระหว่างพินของซ็อกเก็ต 3 และกราวด์ (ขาซ็อกเก็ต 8) 6. แบ่งการจ่าย V โดย SFB V เพื่อให้ได้อัตราส่วนที่แน่นอน คุณยังสามารถใช้ "ตารางที่ 2 การปรับเทียบผลป้อนกลับของแรงดันไฟฟ้า" 7.ป้อนค่านี้เป็นค่าคงที่ supply_FB ใน firmware.osc_freqเพียงความถี่ของออสซิลเลเตอร์ ออสซิลเลเตอร์ 8Mhz ภายใน 12F683 ถูกหารด้วย 2 ความเร็วในการทำงานที่ปลอดภัยอยู่ที่ประมาณ 2.5 โวลต์ 8. ป้อนค่า 4. L_Ipeak คูณขดลวดเหนี่ยวนำ uH ด้วยแอมป์ต่อเนื่องสูงสุดเพื่อให้ได้ค่านี้ ในตัวอย่าง 22r684C เป็นคอยล์ 680uH ที่มีเรตติ้ง 0.25 แอมป์อย่างต่อเนื่อง 680*0.25=170 (ปัดเศษลงเป็นจำนวนเต็มถ้าจำเป็น) การคูณค่าที่นี่จะกำจัดตัวแปรทศนิยม 32 บิตหนึ่งตัวและการคำนวณที่อาจต้องทำบน PIC ค่านี้คำนวณใน "ตารางที่ 3: การคำนวณคอยล์" 9.คูณขดลวดเหนี่ยวนำ uH ด้วยแอมป์ต่อเนื่องสูงสุด: คอยล์ 680uH ที่มีอัตรา 0.25 แอมป์ต่อเนื่อง =170 (ใช้จำนวนเต็มต่ำสุดถัดไป - 170) 10 ป้อนค่านี้เป็นค่าคงที่ L_Ipeak ใน firmware.fb_valueนี่คือค่าจำนวนเต็มจริงที่ PIC จะใช้ในการพิจารณาว่าเอาต์พุตแรงดันสูงอยู่เหนือหรือต่ำกว่าระดับที่ต้องการหรือไม่ เราจำเป็นต้องคำนวณสิ่งนี้เพราะเราไม่มีตัวต้านทานทริมเมอร์สำหรับการปรับแบบละเอียด 11. ใช้ตารางที่ 4 เพื่อกำหนดอัตราส่วนระหว่างแรงดันเอาต์พุตและแรงดันป้อนกลับ (11.0)12.ถัดไป ป้อนอัตราส่วนนี้และการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอนของคุณใน "ตารางที่ 5 ค่าที่ตั้งไว้ของ ADC แบบป้อนกลับแรงดันสูง" เพื่อกำหนด fb_value (447 พร้อมการอ้างอิง 2.5 โวลต์) 13.หลังจากที่คุณตั้งโปรแกรม PIC ให้ทดสอบแรงดันไฟขาออก คุณอาจต้องปรับเปลี่ยนค่าที่ตั้งไว้ข้อเสนอแนะเล็กน้อยและคอมไพล์เฟิร์มแวร์ใหม่จนกว่าคุณจะได้รับเอาต์พุต 12 โวลต์พอดี เนื่องจากการสอบเทียบนี้ ทรานซิสเตอร์และตัวเหนี่ยวนำจึงไม่ควรร้อน คุณไม่ควรได้ยินเสียงกริ่งจากขดลวดเหนี่ยวนำ เงื่อนไขทั้งสองนี้บ่งชี้ว่ามีข้อผิดพลาดในการสอบเทียบ ตรวจสอบบันทึกข้อมูลใน EEPROM เพื่อช่วยระบุว่าปัญหาของคุณอยู่ที่ใด

ขั้นตอนที่ 6: การทดสอบ

มีเฟิร์มแวร์สำหรับ PIC 16F737 และแอปพลิเคชัน VB ขนาดเล็กที่สามารถใช้เพื่อบันทึกการวัดแรงดันไฟฟ้าตลอดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ 16F737 ควรเชื่อมต่อกับพอร์ตอนุกรมของพีซีที่มี MAX203 ทุกๆ 60 วินาที แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย แรงดันเอาต์พุต และแรงดันอ้างอิงจะถูกบันทึกลงในพีซี กราฟที่ดีสามารถแสดงแรงดันไฟฟ้าแต่ละช่วงตลอดระยะเวลาการชาร์จ ไม่เคยใช้เพราะที่ชาร์จไม่เคยทำงาน ทุกอย่างได้รับการยืนยันแล้วว่าใช้งานได้ เฟิร์มแวร์ทดสอบ และโปรแกรมวิชวลพื้นฐานขนาดเล็กสำหรับบันทึกเอาต์พุต จะรวมอยู่ในไฟล์เก็บถาวรของโปรเจ็กต์ ฉันจะทิ้งสายไฟไว้ให้คุณ

ขั้นตอนที่ 7: VARIATIONS:USB

เวอร์ชัน USB สามารถทำได้โดยมีการดัดแปลงเล็กน้อย การชาร์จ USB ไม่ใช่ตัวเลือกสำหรับ 3G iPod ที่มีให้สำหรับการทดสอบ USB จ่ายไฟ 5.25-4.75 โวลต์ เป้าหมายของเราคือ 5 โวลต์ ต่อไปนี้คือการเปลี่ยนแปลงที่ต้องทำ:1.สลับในขั้วต่อชนิด USB 'A' (เมาส์ # 571-7876161, $0.85)2.เปลี่ยนตัวแบ่งตัวต้านทานแรงดันไฟขาออก (เปลี่ยน R2 (10K) เป็น 22K)3. เปลี่ยนซีเนอร์ป้องกันเอาต์พุต (D3) เป็น 5.6 โวลต์ 1 วัตต์ (เมาส์ #78-1N4734A, $0.07) ซีเนอร์ 5.1 โวลต์จะแม่นยำกว่า แต่ซีเนอร์มีข้อผิดพลาดเช่นตัวต้านทาน หากเราพยายามตีเป้าหมาย 5 โวลต์และซีเนอร์ 5.1 โวลต์ของเรามีข้อผิดพลาด 10% ที่ด้านล่าง ความพยายามทั้งหมดของเราจะเผาไหม้ในซีเนอร์4.เปลี่ยนขดลวดเหนี่ยวนำ (L1) เป็น 220uH, 0.49 แอมป์ (เมาส์ # 580 -22R224C, $0.59). ป้อนค่าคงที่การปรับเทียบใหม่ ตามส่วนการปรับเทียบ: ตั้งค่า V_out เป็น 5 โวลต์ ขั้นตอนที่ 8&9: L_Ipeak=220*0.49=107.8=107 (ปัดเศษเป็นจำนวนเต็มที่ต่ำสุดถัดไป หากจำเป็น)5.แก้ไขจุดตั้งค่าเอาต์พุต คำนวณตารางที่ 4 และตารางที่ 5 ใหม่ในสเปรดชีต ตารางที่ 4 - ป้อน 5 โวลต์เป็นเอาต์พุตและแทนที่ตัวต้านทาน 10K ด้วย 22K (ตามขั้นตอนที่ 2) เราพบว่าที่เอาต์พุต 5 โวลต์ด้วยเครือข่ายตัวแบ่ง 100K/22K ฟีดแบ็ค (E1) จะเป็น 0.9 โวลต์ ถัดไป ทำการเปลี่ยนแปลงใดๆ กับการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าในตารางที่ 5 และค้นหาจุดตั้งค่า ADC ด้วยค่าอ้างอิง 2.5 โวลต์ (MCP1525) ค่าที่ตั้งไว้คือ 369.6.ค่าคงที่ตัวอย่างสำหรับเวอร์ชัน USB:const v_out เป็น byte=5 'แรงดันเอาต์พุตเพื่อกำหนดเวลาปิด, 5 USB, 12 Firewireconst v_ref เป็น float=2.5 '2.5 สำหรับ MCP1525, 1.72 สำหรับ Stabistor ของฉัน ~2.7 สำหรับ zener.const supply_ratio เป็น float=5.54 'ตัวคูณอัตราส่วนอุปทาน ปรับเทียบเพื่อความแม่นยำที่ดีขึ้นconst osc_freq เป็น float=4 'oscillator frequencyconst L_Ipeak as float=107 'coil uH * คอยล์แอมป์ต่อเนื่อง (220*0.49=) 107, ปัดเศษลง) const fb_value เป็น word=369 'แรงดันไฟขาออกที่ตั้งไว้เฟิร์มแวร์และ PCB สำหรับเวอร์ชัน USB จะรวมอยู่ในไฟล์เก็บถาวรของโครงการ เฉพาะเวอร์ชันอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า MCP เท่านั้นที่ถูกแปลงเป็น USB