Alimentatore breadboard fai da te: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Ho sempre desiderato un alimentatore portatile realizzato appositamente per le breadboard. Dato che non lo trovo in vendita, ho dovuto crearne uno mio. Ti invito a fare lo stesso.

PCB sponsorizzato da JLCPCB. $2 per PCB e spedizione gratuita Primo ordine:

Caratteristiche:

• Uscite 5V 1A.
• Si collega a qualsiasi breadboard standard da 400 o 830 punti.
• Caricabatterie con protezione da sovraccarico, sovraccarico e sovracorrente.
• Indicatore batteria con LED bicolore (verde 50-100%, giallo 20-50%, rosso 0-20%).
• Uscita a basso ripple/rumore con diodo di soppressione.

Passaggio 1: materiali

Materiali principali:

• Batteria 18650 agli ioni di litio. Ho preso il mio da un laptop rotto. Ne ho usato uno per questo progetto per rendere tutto il più compatto/leggero possibile, ma potresti usare due batterie in parallelo per aumentare la capacità. Se utilizzi due batterie, assicurati che siano al 100% della stessa marca, modello, età/usura e capacità e che abbiano una carica simile nel momento in cui le colleghi. Acquista qui:
• Modulo caricabatterie TP4056 con protezione batteria. Esiste una versione senza protezione della batteria che non dovresti acquistare. Assicurati di acquistare quello che ha 6 connessioni, proprio come l'immagine. Acquista qui:
• Modulo convertitore boost MT3608. Ha un potenziometro per selezionare la tensione. In questo caso scelgo 5V. Acquista qui:
• Pulsante autobloccante valutato a 3A/125V con un diametro del foro di 12 mm. Acquista qui:
• Condensatore elettrolitico 470µF 25V. Questo riduce la caduta di tensione quando introduciamo un carico considerevole. Acquista qui:
• Condensatore ceramico da 100nF. Riduce il ripple/rumore ad alta frequenza. Acquista qui:
• Condensatore ceramico 1nF. Riduce il ripple/rumore ad altissima frequenza. Acquista qui:
• Diodo Schottky 1A 40V. Questo serve a proteggere i componenti collegati sulla breadboard dai picchi di alta tensione causati da qualsiasi bobina sul circuito. Acquista qui:
• Perfboard 2x8cm. Acquista qui:
• X2 connettori maschio a doppia fila 2x3 da 2,54 mm. Alcuni arduino nano economici vengono forniti con questi e di solito non li saldano, quindi li ho presi per questo progetto. Puoi acquistarli con un angolo di 90 gradi che potrebbe essere un'opzione migliore per facilitare l'installazione. Acquista qui:

• Resina epossidica:

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Materiali per l'indicatore della batteria (opzionale):

• LED bicolore da 3 mm (rosso-verde). Ho messo diagrammi e file gerber PCB per LED ad anodo comune e a catodo comune, quindi entrambi funzionerebbero. Assicurati solo che abbia una diffusione sufficiente che quando si accendono entrambi i LED contemporaneamente si otterrebbe un colore giallo uniforme. Ci sono molti LED bicolore di cattiva qualità in cui entrambi i colori non si mescolano bene. Acquista qui:
• Amplificatore operazionale NE5532P. Acquista qui:
• Transistor NPN S8050. Tuttavia, praticamente qualsiasi transistor NPN funzionerebbe. Acquista qui:

• Resistenze (1% di 1/4W o 1/8W):

  • R1: 6.2K per il lato negativo del partitore di tensione per l'amplificatore operazionale 2IN+ che controlla quando il LED rosso si accende. Acquista qui:
  • R2: 2.2K per il lato positivo del partitore di tensione per l'amplificatore operazionale 2IN+ che controlla quando il LED rosso si accende. Acquista un kit di resistori che includa questo valore e molti altri:
  • R3: 51K per il feedback per modificare la tensione di riferimento quando il LED rosso si accende per avere una transizione solida.
  • R4: 2K per LED rosso. Questo valore potrebbe essere diverso a seconda del LED.
  • R5: 6.8K per il lato negativo del partitore di tensione per l'amplificatore operazionale 1IN- che controlla quando il LED verde si spegne.
  • R6: 2.7K per il lato positivo del partitore di tensione per l'amplificatore operazionale 1IN- che controlla quando il LED verde si spegne. Acquista qui:
  • R7: 100K per il feedback per modificare la tensione di riferimento quando il LED verde si spegne per avere una transizione solida.
  • R8: 100 per LED verde. Questo valore potrebbe essere diverso a seconda del LED.
  • R9: 5.1K per l'ingresso a transistor. Il transistor NPN funziona come un inverter per l'uscita, quindi il feedback ha la polarità corretta.
  • R10: Pull-down 2K per l'ingresso a transistor.

Nota: tutti i valori dei resistori per i divisori di tensione e il feedback sono molto critici per ottenere il risultato desiderato. Se cambi il valore di un resistore, potresti voler cambiare altri resistori per compensare. Oppure, se si desidera modificare intenzionalmente la tensione in cui i LED si accendono/spengono, è possibile farlo modificando i valori di questi resistori.

Materiali opzionali:

• Anodo comune a LED bicolore da 3 mm (rosso-verde) per l'indicatore di carica. Il modulo caricabatterie ha due LED integrati: uno rosso per indicare che è in carica; e uno blu per indicare che il processo di ricarica è terminato. Questo LED bicolore potrebbe sostituire quei LED se lo desideri. Acquista qui:
• Resistenza da 2,2 K per sostituire l'R3 sul modulo caricabatterie per impostare la corrente di carica massima a circa 500 mA, anziché 1 A per impostazione predefinita. È un resistore a montaggio superficiale, ma poiché compro solo resistori a foro passante, l'ho usato.

Passaggio 2: Preparazione

Prima di saldare qualsiasi cosa, prova tutti i componenti, in particolare i moduli.

Il convertitore boost ha un potenziometro per selezionare la tensione di uscita. Assicurati di lasciarlo a 5V prima di saldarlo ad altri componenti perché non vuoi che sia impostato ad alta tensione quando lo accendi per la prima volta con tutto collegato. Potresti far saltare il condensatore elettrolitico o bruciare l'amplificatore operazionale sull'indicatore della batteria. Per regolare il convertitore boost devi collegarlo alla batteria e a un multimetro. Ruotare in senso orario per diminuire la tensione; girare in senso antiorario per aumentare la tensione.

Se hai intenzione di apportare alcune modifiche al modulo caricabatterie, fallo ora prima di collegarti ad altri componenti. Ci sono tre modifiche che ho fatto. Per prima cosa sostituisco il resistore R3 a 2,2K per impostare la corrente di carica massima a circa 500mA, invece di 1A che è di default. Il motivo è che l'IC diventa molto caldo durante la ricarica. Volevo diminuire la temperatura riducendo la corrente di carica. Ovviamente ci vuole più tempo per caricare la batteria, ma secondo me è abbastanza veloce.

La seconda modifica è stata quella di sostituire i due indicatori a LED con un anodo comune a LED bicolore (rosso-verde). L'ho fatto per avere un aspetto migliore e adattarsi al mio design, ma non devi farlo.

E l'ultima cosa che ho fatto al modulo del caricatore è rinforzare la saldatura sui lati del connettore micro USB. Questo connettore è suscettibile di frenata, quindi consiglio di aggiungere più saldatura tra il guscio metallico del connettore e il PCB. Tuttavia, non farei confusione con gli effettivi collegamenti elettrici sul retro. Fare attenzione a non aggiungere troppa saldatura perché potrebbe entrare nel connettore rovinandolo.

Ho visto adattatori di alimentazione per breadboard (senza batterie) che si collegano all'estremità della breadboard e potresti prendere quel design se è quello che vuoi, ma di solito metto arduino nano su entrambe le estremità delle breadboard e non volevo qualsiasi cosa blocchi il loro connettore USB.

Passaggio 3: indicatore della batteria (opzionale)

Progetto un indicatore di batteria molto semplice con un LED bicolore (rosso-verde) che si illumina in verde quando la batteria è al 50% (3,64 V) o superiore; diventa giallo quando è compreso tra il 50% e il 20% (3,64V - 3,50V); e rosso quando è inferiore al 20% (3,50 V). Utilizza un amplificatore operazionale per creare due trigger schmitt per impedire lo sfarfallio dei LED sulla soglia.

Volevo essere molto compatto, quindi consiglio di utilizzare il mio layout. O ancora meglio, carica il mio file gerber e ordina il mio PCB personalizzato da un sito Web come JLCPCB.com. In questo modo devi solo saldare i componenti senza occuparti delle connessioni sul PCB. In questo momento hanno una promozione in cui puoi acquistare 10 piccoli PCB per 2 USD e spedizione gratuita per il primo ordine.

Progetto i PCB su easyEDA quindi puoi caricare il progetto e persino cambiare il layout nel modo desiderato.

LED bicolore a catodo comune:

Anodo comune LED bicolore:

Passaggio 4: assemblaggio

Prima saldare i 3 condensatori all'uscita del convertitore boost. Questi condensatori aiutano a ridurre qualsiasi ondulazione e rumore causati dal convertitore boost o dai carichi sull'uscita. Consiglio vivamente di installarli. Se non hai quei valori esatti, inserisci invece valori simili.

Dopo aver testato il circuito principale, taglia la perfboard da 2x8 cm per fare spazio ai perni che alcune breadboard hanno sul lato. Se non lo fai, il tuo banco di batterie non sarebbe compatibile con alcuni tipi di breadboard, almeno non senza collegare i binari di alimentazione all'indietro. Non tutte le breadboard hanno i perni sullo stesso lato, e alcune hanno anche 4 perni invece dei tradizionali 3. Se scegli di progettare il banco batterie da collegare alle estremità delle breadboard, potresti comunque aver bisogno di fare spazio per le borchie che hanno anche alcune breadboard su quelle estremità.

Posiziona i pin maschio 2x3 su una breadboard da utilizzare come guida per saldarli alla perfboard nella posizione corretta.

Aggiungere il diodo Schottky (1A 40V o più) sull'uscita. Questo diodo protegge qualsiasi componente collegato alla linea di alimentazione da picchi di alta tensione causati da bobine come relè, motori, induttori, solenoidi, ecc. Assicurarsi che il lato negativo del diodo (linea bianca) vada al lato positivo dell'uscita.

Per la custodia/copertina ho usato del cartoncino nero. Non è la scelta migliore perché è infiammabile ma puoi usare quello che vuoi.

Passaggio 5: conclusione

Alcuni suggerimenti importanti:

• Non utilizzare il power bank durante la ricarica. Il processo di ricarica disabilita alcune funzioni di protezione che potrebbero danneggiare la batteria e il carico potrebbe causare una situazione di sovraccarico. Inoltre, disattivare la protezione da sovracorrente potrebbe danneggiare anche la breadboard stessa.
• La protezione da sovracorrente reagisce molto rapidamente, quindi interrompe l'alimentazione quando rileva un cortocircuito. Per ripristinare questo, spegnere l'alimentazione per circa 3 secondi.

Dati importanti:

Questi sono i risultati di alcuni miei test. Potrebbe essere diverso dal tuo, ma puoi usarlo come riferimento di cosa aspettarti:

• Tempo di ricarica da vuoto a pieno (a 560mA): 4:30 ore.
• Con un carico di 50mA, una batteria piena è durata 23 ore e 17 minuti.
• Con un carico di 500mA, una batteria piena è durata 2 ore e 21 minuti. Questo è di circa 1630 mAh in uscita.
• Ho osservato una caduta di tensione costante massima sull'uscita di 0,03 V quando collegata a un carico di 500 mA, quindi nel complesso emette 5 V molto stabili. Ho visto altri convertitori boost più piccoli in cui abbassano la tensione di 0,7 V sotto 5 V (4,3 V) che trovo inaccettabile.
• Le tensioni per l'indicatore della batteria sono impostate su circa 50% = 3,64 V, 20% = 3,50 V. Il feedback cambia il valore in +/- 0.7V. Puoi provare diversi valori di resistenza per alterare le tensioni in cui i LED si accendono / spengono, ma i miei valori consigliati si basano sui miei test e calcoli e dovrebbero essere validi per la maggior parte delle batterie 18650.

È possibile utilizzare due batterie in parallelo per raddoppiare la capacità. Ho costruito anche quella versione, ma ovviamente è più grande e più pesante, quindi non è la mia prima scelta. Decidi tu quale versione costruire.

Questo è tutto. Se hai una domanda, fammi sapere.

Buona fortuna.