کوچکترین SMPS افزایش یافته (بدون SMD): 8 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

نام کامل پروژه:

کوچکترین منبع تغذیه حالت مبدل DC به DC با استفاده از THT (از طریق فناوری حفره) و بدون SMD (دستگاه نصب شده روی سطح)

خوب ، خوب ، من را گرفتید شاید از این کوچکتر از این که توسط شرکت Murata Manufacturing ایجاد شده ، کوچکتر نباشد ، اما قطعاً چیزی است که خودتان می توانید با استفاده از عناصر و ابزارهای متداول در خانه خودتان بسازید.

ایده من ایجاد منبع تغذیه حالت جمع و جور برای پروژه های کوچک مبتنی بر میکروکنترلر من بود.

این پروژه همچنین نوعی آموزش نحوه ایجاد مسیر بر روی PCB با استفاده از سیم محکم به جای ایجاد مسیر با لحیم است.

بیایید آن را انجام دهیم!

مرحله 1: طراحی

شما می توانید بسیاری از طرح های سفارشی منبع تغذیه اندازه جیبی را بیابید ، اما بیشتر آنها دارای 2 معایب بزرگتر بودند:

• آنها منبع تغذیه خطی هستند ، یعنی بسیار کارآمد نیستند ،
• آنها یا تنظیم نمی شوند یا به صورت مرحله ای تنظیم می شوند

مبدل تقویتی من منبع تغذیه حالت سوئیچ با ولتاژ خروجی تنظیم شده صاف (از طریق مقاومت تنظیم شده) است. اگر می خواهید بیشتر بخوانید ، یک سند عالی در microchip.com وجود دارد که معماری ها ، جوانب مثبت و منفی استفاده از SMPS ها را توضیح می دهد.

به عنوان یک تراشه IC پایه برای منبع تغذیه حالت سوئیچ ، تراشه MC34063 بسیار محبوب و رایج را انتخاب کردم. می توان از آن برای ساخت مبدل گام به گام (باک) ، گام به گام (افزایش) یا اینورتر ولتاژ فقط با افزودن برخی عناصر خارجی استفاده کرد. توضیح بسیار خوبی در مورد نحوه طراحی SMPS با استفاده از MC34063 توسط دیو جونز در ویدیوی YouTube او انجام شد. من اکیداً به شما توصیه می کنم که آن را تماشا کرده و محاسبات مربوط به مقادیر هر عنصر را دنبال کنید.

اگر نمی خواهید این کار را به صورت دستی انجام دهید ، می توانید از ماشین حساب آنلاین MC34063 برای نیازهای خود استفاده کنید. می توانید از این مورد توسط Madis Kaal یا از آن که برای ولتاژهای بالاتر طراحی شده است در changpuak.ch استفاده کنید.

من عناصری را انتخاب کردم که فقط به محاسبات پایبند بودند:

من بزرگترین خازن هایی را انتخاب کردم که می توانستند روی صفحه قرار بگیرند. خازن های ورودی و خروجی 220μF 16V است. I شما به ولتاژ خروجی بیشتر یا ولتاژ ورودی بیشتر نیاز دارید ، خازن هایی را انتخاب کنید که مناسب هستند

• سلف L: 100 µH ، این تنها چیزی بود که من با اندازه تراشه دریافت کردم.
• من به جای دیود شاتکی از دیود 1N4001 (1A ، 50V) استفاده کردم. فرکانس سوئیچینگ این دیود 15 کیلوهرتز است که کمتر از فرکانس سوئیچینگ من است ، اما به نوعی کل مدار به خوبی کار می کند.
• خازن سوئیچینگ Ct: 1nF (فرکانس سوئیچینگ ~ 26kHz را می دهد)
• مقاومت حفاظتی فعلی Rsc: 0.22Ω
• مقاومت متغیر که نشان دهنده نسبت مقاومت R2 به R1: 20kΩ است

نکات

• فرکانس سوئیچینگ (با انتخاب خازن سوئیچینگ مناسب) در محدوده ای از دیود خود را انتخاب کنید (با انتخاب دیود شاتکی به جای دیود عمومی).
• خازن هایی را با حداکثر ولتاژ بیشتر از آنچه می خواهید به عنوان ورودی (خازن ورودی) تهیه کنید یا خروجی (خازن خروجی) را انتخاب کنید. به عنوان مثال. خازن 16 ولت در ورودی (با ظرفیت بیشتر) و خازن 50 ولت در خروجی (با ظرفیت کمتر) ، اما هر دو اندازه نسبتاً یکسانی دارند.

مرحله 2: مواد و ابزارها

مواد مورد استفاده من ، اما مقادیر دقیق بستگی به نیاز شما دارد:

• تراشه MC34063 (آمازون)
• خازن سوئیچینگ: 1nF
• خازن ورودی: 16V ، 220µF
• خازن خروجی: 16V ، 220µF (توصیه می کنم 50V ، 4.7µF)
• تغییر دیود سریع: 1N4001 (برخی از دیودهای شاتکی بسیار سریعتر هستند)
• مقاومت: 180Ω (مقدار دلخواه)
• مقاومت: 0.22Ω
• مقاومت متغیر: 0-20kΩ ، اما می توانید از 0-50kΩ استفاده کنید
• سلف: 100 µH
• نمونه اولیه برد PCB (BangGood.com)
• چند کابل کوتاه

ابزار مورد نیاز:

• ایستگاه لحیم کاری (و ابزارهای اطراف آن: سیم لحیم ، رزین در صورت نیاز ، چیزی برای تمیز کردن نوک و غیره …)
• انبردست ، انبردست/برش های جانبی
• اره یا ابزار دوار برای برش تخته
• فایل
• نوار چسب (بله ، به عنوان ابزار ، نه به عنوان مواد)
• شما

مرحله 3: قرار دادن عناصر - شروع

من زمان زیادی را صرف سازماندهی عناصر روی صفحه در چنین پیکربندی می کنم ، بنابراین تا آنجا که ممکن است فضای کمتری را اشغال می کند. پس از تلاش ها و شکست های زیاد ، این پروژه آنچه را که من به پایان رساندم ارائه می دهد. در حال حاضر ، من فکر می کنم این بهترین حالت برای قرار دادن عناصر با استفاده از تنها یک طرف تخته است.

من در نظر داشتم عناصر را در هر دو طرف قرار دهم ، اما سپس:

• لحیم کاری واقعا پیچیده خواهد بود
• در واقع فضای کمتری اشغال نمی کند
• SMPS دارای شکل نامنظمی است و باعث می شود آن را به عنوان مثال نصب کنید. دستیابی به باتلاق یا باتری 9 ولت بسیار دشوار است

برای اتصال گره ها از تکنیک استفاده از سیم برهنه استفاده کردم ، آن را به شکل مورد انتظار از مسیر خم کرده و سپس آن را به تخته لحیم کردم. من این تکنیک را به جای استفاده از لحیم ترجیح می دهم ، زیرا:

• استفاده از لحیم برای "اتصال نقاط" بر روی PCB من دیوانه وار و به نوعی نامناسب می دانم. امروزه سیم لحیم حاوی رزینی است که برای اکسیداسیون لحیم کاری و سطح مورد استفاده قرار می گیرد. اما استفاده از لحیم به عنوان یک سازنده مسیر باعث می شود رزین بخار شود و برخی از قطعات اکسیده شده در معرض دید قرار گیرد ، که من فکر می کنم برای خود مدار چندان خوب نیست.
• در PCB مورد استفاده من ، اتصال 2 "نقطه" با لحیم تقریباً غیرممکن است. لحیم کاری بدون ایجاد ارتباط بین آنها به "نقاط" می چسبد. اگر از PCB استفاده می کنید که "نقاط" از مس ساخته شده اند و بسیار نزدیک یکدیگر هستند ، به نظر می رسد که ایجاد اتصالات آسان تر است.
• استفاده از لحیم برای ایجاد مسیرها فقط از لحیم کاری بسیار زیاد استفاده می کند. استفاده از سیم فقط "گران" نیست.
• در صورت اشتباه ، حذف مسیر لحیم کاری قدیمی و جایگزینی آن با مسیر جدید بسیار دشوار است. استفاده از مسیر سیم کار نسبتاً ساده تری است.
• استفاده از سیم ها اتصال بسیار مطمئن تری را ایجاد می کند.

عیب آن این است که زمان بیشتری برای شکل دادن سیم و لحیم کاری آن نیاز است. اما اگر کمی تجربه کنید دیگر کار سختی نیست. حداقل من فقط عادت کردم.

نکات

• قاعده اصلی برای قرار دادن عناصر این است که پاهای اضافی را در طرف دیگر تخته برش دهید ، تا آنجا که ممکن است به تخته نزدیک شوید. بعداً وقتی سیم را برای ایجاد مسیرها قرار می دهیم به ما کمک می کند.
• از پاهای عنصر برای ایجاد مسیر استفاده نکنید. به طور کلی انجام این کار ایده خوبی است ، اما اگر اشتباهی مرتکب شوید یا عنصر شما نیاز به تعویض داشته باشد (به عنوان مثال خراب است) ، انجام آن واقعاً سخت است. به هر حال باید سیم مسیر را قطع کنید و چون پاها خم شده اند ، بیرون آوردن عنصر از روی تخته می تواند چالش برانگیز باشد.
• سعی کنید مسیرهایی را از داخل مدار به خارج یا از یک طرف به طرف دیگر بسازید. سعی کنید از موقعیت اجتناب کنید ، هنگامی که شما نیاز به ایجاد یک مسیر دارید ، اما سایر مسیرها در حال حاضر ایجاد شده اند. نگه داشتن سیم مسیر سخت است.
• قبل از لحیم کاری ، سیم مسیر را به طول/شکل نهایی برش ندهید. سیم مسیر طولانی تری بگیرید ، آن را شکل دهید ، از یک نوار برای نگه داشتن سیم مسیر در یک تخته استفاده کنید ، آن را لحیم کنید و در نهایت آن را در نقطه مورد نظر (عکس ها را بررسی کنید).

مرحله 4: قرار دادن عناصر - وظیفه اصلی

شما فقط باید طرحواره را دنبال کنید و عنصر را یکی یکی قرار دهید ، پاهای اضافی را بریده ، تا آنجا که ممکن است به تخته لحیم کنید ، سیم مسیر را شکل دهید ، لحیم کنید و برش دهید. با یک عنصر دیگر تکرار کنید.

نکته:

می توانید روی عکس نحوه قرار دادن هر عنصر را بررسی کنید. سعی کنید فقط از طرح ارائه شده پیروی کنید. در برخی از مدارهای پیچیده که با فرکانس های بالا و غیره سروکار دارند ، سلف ها به دلیل میدان مغناطیسی جدا شده بر روی صفحه قرار می گیرند که می تواند با سایر عناصر تداخل داشته باشد. اما در پروژه ما فقط به این مورد اهمیت نمی دهیم. به همین دلیل است که سلف را مستقیماً روی تراشه MC34063 قرار دادم و هیچ تداخلی برایم اهمیتی ندارد

مرحله 5: برش تخته

باید قبلاً بدانید که تخته های PCB واقعا سخت هستند و به همین دلیل برش آن دشوار است. من ابتدا سعی کردم از یک ابزار چرخشی استفاده کنم (عکس). خط برش بسیار صاف است ، اما برش آن بسیار طول می کشد. تصمیم گرفتم برای برش فلز به یک اره معمولی بروم و برای من به طور کلی خوب کار می کرد.

نکات:

• قبل از لحیم کاری همه عناصر ، تخته را برش دهید. ابتدا همه عناصر را (بدون لحیم کاری) قرار دهید ، نقاط برش را علامت بزنید ، همه عناصر را بردارید ، تخته را ببرید و سپس عناصر را دوباره قرار داده و آنها را لحیم کنید. در طول برش شما باید از عناصر لحیم شده قبلاً مراقبت کنید.
• من ترجیح می دهم به جای ابزار چرخشی از اره استفاده کنم ، اما این احتمالاً یک امر فردی است.

مرحله ششم: شکل دهی

پس از برش ، من از یک فایل برای صاف کردن لبه ها و گرد کردن گوشه ها استفاده کردم.

اندازه نهایی تخته 2.5 سانتی متر طول ، 2 سانتی متر عرض و 1.5 سانتی متر ارتفاع بود.

پروژه در شکل خشن آن انجام شده است. زمان آزمایش…

مرحله 7: آزمایش عملیات

من برد را به نوار LED وصل کردم (12 LED) که به منبع تغذیه 12 ولت نیاز دارد. من ورودی 5 ولت (اختصاصی توسط پورت USB) را تنظیم کردم و با استفاده از مقاومت تنظیم شده ، خروجی 12 ولت را تنظیم کردم. کاملاً کار می کند. به دلیل جریان نسبتاً زیاد کشیده شده ، تراشه MC34063 در حال گرم شدن بود. مدار را با نوار LED چند دقیقه روشن گذاشتم و ثابت بود.

مرحله 8: نتیجه نهایی

من یک موفقیت بزرگ می دانم که چنین SMPS کوچکی می تواند این نوع طراحی فعلی مانند 12 LED را تقویت کند.