Come utilizzare il convertitore buck da CC a CC LM2596: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Questo tutorial mostrerà come utilizzare il convertitore buck LM2596 per alimentare dispositivi che richiedono voltaggi diversi. Mostreremo quali sono i migliori tipi di batterie da utilizzare con il convertitore e come ottenere più di una sola uscita dal convertitore (indirettamente).

Spiegheremo perché abbiamo scelto questo convertitore e per che tipo di progetti possiamo utilizzarlo.

Solo una piccola nota prima di iniziare: quando si lavora con la robotica e l'elettronica, non trascurare l'importanza della distribuzione dell'alimentazione.

Questo è il nostro primo tutorial nella nostra serie sulla distribuzione dell'energia, crediamo che la distribuzione dell'energia sia spesso trascurata e che questo sia un grande motivo per cui molte persone all'inizio perdono interesse per la robotica, ad esempio bruciano i loro componenti e non sono disposte a comprare nuovi componenti dalla paura di bruciarli di nuovo, speriamo che questa serie sulla distribuzione dell'energia ti aiuti a capire come lavorare meglio con l'elettricità.

Forniture:

1. Convertitore da CC a CC LM2596
2. Batteria alcalina da 9 V
3. Arduino Uno
4. Cavi per ponticelli
5. Batteria 2S Li-Po o Li-Ion
6. Fusibile 2A o 3A
7. Servomotore SG90
8. Tagliere piccolo

Passaggio 1: panoramica del pinout

Qui puoi vedere come appare il modulo convertitore da CC a CC LM2596. Puoi notare che l'LM2596 è un IC e il modulo è un circuito costruito attorno all'IC per farlo funzionare come un convertitore regolabile.

Il pinout del modulo LM2596 è molto semplice:

IN+ Qui colleghiamo il filo rosso dalla batteria (o dalla fonte di alimentazione), questo è VCC o VIN (4.5V - 40V)

IN- Qui colleghiamo il filo nero dalla batteria (o dalla fonte di alimentazione), questo è massa, GND o V--

OUT+ Qui colleghiamo la tensione positiva del circuito di distribuzione dell'alimentazione o un componente alimentato

OUT- Qui colleghiamo la massa del circuito di distribuzione dell'alimentazione o di un componente alimentato

Passaggio 2: regolazione dell'uscita

Questo è un convertitore buck, il che significa che richiederà una tensione più alta e la convertirà in una tensione più bassa. Per regolare la tensione dobbiamo fare un paio di passaggi.

1. Collegare il convertitore con la batteria o altra fonte di alimentazione. Sapere quanta tensione hai immesso nel convertitore.
2. Imposta il multimetro per leggere la tensione e collega l'uscita del convertitore ad esso. Ora puoi già vedere la tensione sull'uscita.
3. Regolare il trimmer (qui 20k Ohm) con un piccolo cacciavite fino a quando la tensione è impostata sull'uscita desiderata. Sentiti libero di girare il rifinitore in entrambe le direzioni per avere la sensazione di come lavorarci. A volte, quando usi il convertitore per la prima volta, dovrai ruotare la vite del rifinitore di 5-10 giri completi per farlo funzionare. Giocaci finché non hai la sensazione.
4. Ora che la tensione è opportunamente regolata, al posto del multimetro collega il dispositivo/modulo che vuoi alimentare.

Nei prossimi due passaggi vorremmo mostrarti un paio di esempi su come produrre determinati voltaggi e quando usarli. Questi passaggi mostrati qui sono d'ora in poi impliciti in tutti gli esempi.

Passaggio 3: valutazione attuale

La corrente nominale dell'IC LM2596 è di 3 Ampere (corrente costante), ma se si tira effettivamente attraverso di essa 2 o più Ampere per un lungo periodo di tempo, si surriscalda e si esaurisce. Come con la maggior parte dei dispositivi qui, dobbiamo anche fornire un raffreddamento sufficiente per farlo funzionare a lungo e in modo affidabile.

Qui vorremmo tracciare un'analogia con i PC e le CPU, come molti di voi già sanno, il vostro PC si surriscalda e si blocca, per migliorare le loro prestazioni dobbiamo migliorare il loro raffreddamento, possiamo sostituire il raffreddamento con un migliore passivo o ad aria più freddo o introdurre ancora meglio con il raffreddamento a liquido, è la stessa cosa con ogni componente elettronico come i circuiti integrati. Quindi, per migliorarlo, ci incolleremo sopra un piccolo dispositivo di raffreddamento (scambiatore di calore) e questo distribuirà passivamente il calore dall'IC all'aria circostante.

L'immagine sopra mostra due versioni del modulo LM2596.

La prima versione è senza il dispositivo di raffreddamento e lo useremo se la corrente costante è inferiore a 1,5 Ampere.

La seconda versione è con il dispositivo di raffreddamento e lo useremo se la corrente costante è superiore a 1,5 Ampere.

Passaggio 4: protezione dalle alte correnti

Un'altra cosa da menzionare quando si lavora con moduli di alimentazione come i convertitori è che si bruceranno se la corrente diventa troppo alta. Credo che tu l'abbia già capito dal passaggio precedente, ma come proteggere l'IC dall'alta corrente?

Qui vorremmo introdurre un altro componente il Fuse. In questo caso specifico il nostro convertitore necessita di protezione da 2 o 3 Ampere. Quindi prenderemo, diciamo, un fusibile da 2 Amp e lo collegheremo secondo le immagini sopra. Ciò fornirà la protezione necessaria per il nostro IC.

All'interno del fusibile c'è un filo sottile fatto di un materiale che fonde a basse temperature, lo spessore del filo viene accuratamente regolato durante la fabbricazione in modo che il filo si rompa (o si dissaldi) se la corrente supera i 2 Ampere. Questo fermerà il flusso di corrente e l'alta corrente non sarà in grado di arrivare al convertitore. Ovviamente questo significa che dovremo sostituire il Fusibile (perché ora è fuso) e correggere il circuito che ha cercato di assorbire troppa corrente.

Se vuoi saperne di più sui fusibili, fai riferimento al nostro tutorial su di essi quando lo rilasciamo.

Passaggio 5: alimentazione del motore da 6 V e del controller da 5 V da un'unica fonte

Ecco un esempio che include tutto quanto menzionato sopra. Riassumiamo il tutto con i passaggi di cablaggio:

1. Collegare la batteria 2S Li-Po (7,4V) con il fusibile 2A. Questo proteggerà il nostro circuito principale dall'alta corrente.
2. Regolare la tensione a 6V con il multimetro collegato in uscita.
3. Collegare la massa e il VCC dalla batteria con i terminali di ingresso del convertitore.
4. Collegare l'uscita positiva con il VIN su Arduino e con il filo rosso sul micro servo SG90.
5. Collegare l'uscita negativa con il GND sull'Arduino e il filo marrone sul micro servo SG90.

Qui abbiamo regolato la tensione a 6V e alimentato l'Arduino Uno e l'SG90. Il motivo per cui dovremmo farlo invece di utilizzare l'uscita 5V dell'Arduino Uno per caricare l'SG90 è l'uscita costante fornita dal convertitore, così come la corrente di uscita limitata proveniente dall'Arduino, e inoltre vogliamo sempre separare il potenza del motore dalla potenza del circuito. Qui l'ultima cosa non è effettivamente raggiunta perché non è necessaria per questo motore, ma il convertitore ci offre la possibilità di farlo.

Per capire meglio perché è meglio alimentare i componenti in questo modo e per separare i motori dai controller, fare riferimento al nostro tutorial sulle batterie quando viene rilasciato.

Passaggio 6: alimentazione di dispositivi da 5 V e 3,3 V da un'unica fonte

Questo esempio mostra come utilizzare l'LM2596 per alimentare due dispositivi con due diversi tipi di tensione. Il cablaggio è chiaramente visibile dalle immagini. Quello che abbiamo fatto qui è spiegato nei passaggi seguenti.

1. Collegare la batteria alcalina da 9V (acquistabile in qualsiasi negozio locale) all'ingresso del convertitore.
2. Regolare la tensione a 5V e collegare l'uscita alla breadboard.
3. Collega i 5V di Arduino al terminale positivo sulla breadboard e collega i motivi di Arduino e Breadboard.
4. Il secondo dispositivo alimentato qui è un trasmettitore/ricevitore wireless nrf24, richiede 3,3V, normalmente potresti alimentarlo direttamente da Arduino ma la corrente proveniente da Arduino è solitamente troppo debole per trasmettere un segnale radio stabile, quindi useremo il nostro convertitore per alimentarlo.
5. Per fare ciò dobbiamo utilizzare un divisore di tensione per ridurre la tensione da 5V a 3,3V. Questo viene fatto collegando il +5V del convertitore al resistore da 2k Ohm e il resistore da 1k Ohm a terra. La tensione del terminale dove si toccano è ora ridotta a 3,3 V che usiamo per caricare l'nrf24.

Se vuoi saperne di più sui resistori e sui divisori di tensione, fai riferimento al nostro tutorial a riguardo quando verrà rilasciato.

Passaggio 7: conclusione

Vorremmo riassumere quanto abbiamo mostrato qui.

• Utilizzare LM2596 per convertire la tensione da alta (4,5 - 40) a bassa
• Utilizzare sempre un multimetro per controllare il livello di tensione sull'uscita prima di collegare altri dispositivi/moduli
• Utilizzare LM2596 senza dissipatore di calore (più freddo) per 1,5 Amp o meno e con un dissipatore di calore fino a 3 Ampere
• Utilizzare un fusibile da 2 o 3 A per proteggere l'LM2596 se si alimentano motori che assorbono correnti imprevedibili
• Usando i convertitori stai fornendo una tensione stabile ai tuoi circuiti con una corrente sufficiente che puoi utilizzare per controllare in modo affidabile i motori, in questo modo non avrai un comportamento ridotto con la caduta di tensione delle batterie nel tempo

Passaggio 8: cose extra

Puoi scaricare i modelli che abbiamo utilizzato in questo tutorial dal nostro account GrabCAD:

Modelli GrabCAD Robottronic

Puoi vedere i nostri altri tutorial su Instructables:

Instructables Robottronic

Puoi anche controllare il canale Youtube che è ancora in fase di avvio:

Youtube Robottronic