Ancora un altro SMPS boost regolamentato più piccolo (senza SMD): 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Nome completo del progetto:

Ancora il più piccolo alimentatore regolato boost DC-DC in modalità switch al mondo che utilizza THT (tecnologia a foro passante) e nessun SMD (dispositivo montato in superficie)

Ok, ok, mi hai preso. Forse non è più piccolo di questo creato dall'azienda Murata Manufacturing, ma sicuramente qualcosa che puoi costruire da solo a casa usando elementi e strumenti comunemente accessibili.

La mia idea era quella di creare un alimentatore switching compatto per i miei piccoli progetti basati su microcontrollori.

Questo progetto è anche una sorta di tutorial su come creare percorsi su un PCB usando un filo solido invece di costruire percorsi con una saldatura.

Facciamolo!

Passaggio 1: progettazione

È possibile trovare molti modelli personalizzati di alimentatori tascabili, ma la maggior parte di essi ha riscontrato 2 maggiori svantaggi:

• Sono alimentatori lineari, nel senso che non sono molto efficienti,
• O non sono regolamentati o regolamentati in passaggi

Il mio convertitore step-up è un alimentatore a commutazione con una tensione di uscita regolata uniforme (tramite resistore regolato). Se vuoi saperne di più, c'è un eccellente documento su microchip.com che spiega diverse architetture, pro e contro dell'utilizzo degli SMPS.

Come chip IC di base per il mio alimentatore in modalità switch ho scelto il chip MC34063 molto popolare e comunemente disponibile. Può essere utilizzato per costruire convertitori step-down (buck), step-up (boost) o inverter di tensione semplicemente aggiungendo alcuni elementi esterni. La spiegazione molto bella su come progettare SMPS usando MC34063 è stata fatta da Dave Jones nel suo video di YouTube. Ti consiglio vivamente di guardarlo e seguire i calcoli per i valori di ogni elemento.

Se non vuoi farlo manualmente, puoi utilizzare il calcolatore online per MC34063 per soddisfare le tue esigenze. Puoi usare questo di Madis Kaal o quello progettato per tensioni più elevate su changpuak.ch.

Ho scelto elementi solo grossolanamente attenendomi ai calcoli:

Ho scelto i condensatori più grandi che potevano stare sulla scheda. I condensatori di ingresso e uscita sono 220µF 16V. I Hai bisogno di una tensione di uscita più alta o hai bisogno di una tensione di ingresso più alta, scegli condensatori che si adattino

• Induttore L: 100µH, questo è stato l'unico che ho ottenuto con le dimensioni del chip stesso.
• Ho usato il diodo 1N4001 (1A, 50V) invece di un diodo Shotky. La frequenza di commutazione di questo diodo è 15kHz, che è inferiore alla mia frequenza di commutazione che ho usato, ma in qualche modo l'intero circuito funziona bene.
• Condensatore di commutazione Ct: 1nF (dà una frequenza di commutazione ~26kHz)
• Resistenza di protezione corrente Rsc: 0.22Ω
• Resistore variabile che rappresenta il rapporto di resistenza da R2 a R1: 20kΩ

Suggerimenti

• Scegli la frequenza di commutazione (scegliendo il condensatore di commutazione appropriato) in un intervallo del tuo diodo (scegliendo il diodo di Shotky invece di uno per uso generale).
• Scegli i condensatori con più tensione massima di quella che desideri fornire come ingresso (condensatore di ingresso) o accedi all'uscita (condensatore di uscita). Per esempio. Condensatore da 16 V sull'ingresso (con capacità maggiore) e condensatore da 50 V sull'uscita (con capacità inferiore), ma entrambi relativamente della stessa dimensione.

Passaggio 2: materiali e strumenti

Materiali che ho usato, ma i valori esatti dipendono fortemente dalle tue esigenze:

• Chip MC34063 (Amazon)
• Condensatore di commutazione: 1nF
• Condensatore di ingresso: 16V, 220µF
• Condensatore di uscita: 16V, 220µF (consiglio 50V, 4.7µF)
• Diodo a commutazione rapida: 1N4001 (alcuni diodi Shotky sono molto più veloci)
• Resistenza: 180Ω (valore arbitrario)
• Resistenza: 0.22Ω
• Resistenza variabile: 0-20 kΩ, ma puoi usare 0-50 kΩ
• Induttore: 100µH
• Scheda PCB prototipo (BangGood.com)
• Alcuni cavi corti

Strumenti necessari:

• Stazione di saldatura (e utilità intorno ad essa: filo di saldatura, resina se necessario, qualcosa per pulire una punta, ecc…)
• Pinze, pinze diagonali/tronchesi laterali
• Sega o strumento rotante per tagliare la tavola
• File
• Nastro adesivo (sì, come strumento, non come materiale)
• Voi

Passaggio 3: Posizionamento degli elementi - Inizio

Trascorro molto tempo per organizzare gli elementi sulla lavagna in una tale configurazione, in modo che occupi il minor spazio possibile. Dopo molti tentativi e fallimenti, questo progetto presenta ciò con cui sono finito. In questo momento, penso che questo sia il posizionamento ottimale degli elementi utilizzando solo 1 lato del tabellone.

Stavo considerando di mettere elementi su entrambi i lati, ma poi:

• la saldatura sarebbe davvero complicata
• In realtà non occupa meno spazio
• SMPS avrebbe una forma irregolare, rendendo il montaggio ad es. una palude o con una batteria da 9V molto difficile da raggiungere

Per collegare i nodi ho usato la tecnica di usare un filo nudo, piegarlo nella forma prevista di un percorso e poi saldarlo alla scheda. Preferisco questa tecnica invece di usare una saldatura, a causa di:

• L'uso della saldatura per "collegare i punti" su un PCB lo considero folle e in qualche modo inappropriato. Oggigiorno il filo di saldatura contiene una resina che viene utilizzata per disossidare la saldatura e la superficie. Ma l'utilizzo della saldatura come tracciatore fa evaporare la resina e lascia esposte alcune parti ossidate, cosa che ritengo non così buona per il circuito stesso.
• Sul PCB che ho usato, collegare 2 "punti" con una saldatura è quasi impossibile. La saldatura si attacca ai "punti" senza creare una connessione intenzionale tra di loro. Se usi il PCB in cui i "punti" sono fatti di rame e sono molto vicini l'uno all'altro, allora sembra più facile fare una connessione.
• L'uso della saldatura per creare percorsi richiede solo… molta saldatura. Usare un filo è solo meno "costoso".
• In caso di errore, può essere davvero difficile rimuovere il vecchio percorso di saldatura e sostituirlo con uno nuovo. Utilizzando il percorso del filo è un compito relativamente più semplice.
• L'uso di cavi rende la connessione molto più affidabile.

Lo svantaggio è che ci vuole più tempo per modellare il filo e saldarlo. Ma se acquisisci un po' di esperienza, non è più un compito difficile. Almeno ci ho appena usato.

Suggerimenti

• La regola principale per posizionare gli elementi è tagliare le gambe in eccesso sull'altro lato della tavola, il più vicino possibile alla tavola. Ci aiuterà in seguito quando posizioneremo il filo per costruire percorsi.
• Non utilizzare le gambe dell'elemento per creare percorsi. Generalmente è una buona idea farlo, ma se commetti un errore o il tuo elemento deve essere sostituito (ad esempio è rotto) allora è davvero difficile farlo. Dovrai comunque tagliare il filo del percorso e poiché le gambe sono piegate, può essere difficile estrarre l'elemento dalla tavola.
• Prova a costruire percorsi dall'interno del circuito verso l'esterno o da un lato all'altro. Cerca di evitare la situazione, quando è necessario creare un percorso, ma sono già stati creati altri percorsi intorno. Può essere difficile tenere il filo del percorso.
• Non tagliare il filo di percorso alla lunghezza/forma finale prima della saldatura. Prendi un filo di percorso più lungo, modellalo, usa un nastro per tenere il filo di percorso in una posizione sulla scheda, saldalo e infine taglialo a un punto desiderato (vedi foto).

Passaggio 4: Posizionamento degli elementi - Compito principale

Devi solo seguire lo schema e posizionare l'elemento uno per uno, tagliando le gambe in eccesso, saldarlo il più vicino possibile alla scheda, modellare il filo del percorso, saldarlo e tagliarlo. Ripeti con un altro elemento.

Consiglio:

Puoi controllare su una foto come ho posizionato ogni elemento. Prova solo a seguire lo schema fornito. In alcuni circuiti complessi che si occupano di alte frequenze, ecc., gli induttori sono posizionati separati sulla scheda a causa del campo magnetico che può interferire con altri elementi. Ma nel nostro progetto non ci interessa questo caso. Ecco perché ho posizionato l'induttore direttamente sopra il chip MC34063 e non mi interessa alcuna interferenza

Passaggio 5: tagliare la tavola

Devi sapere prima che le schede PCB sono davvero dure e per questo difficili da tagliare. Ho provato prima a utilizzare uno strumento rotante (foto). La linea di taglio è molto liscia, ma ci è voluto molto tempo per tagliarla. Ho deciso di passare a una normale sega per tagliare il metallo e per me funzionava generalmente bene.

Suggerimenti:

• Taglia la scheda prima di saldare tutti gli elementi. Per prima cosa posizionare tutti gli elementi (nessuna saldatura), segnare i punti di taglio, rimuovere tutti gli elementi, tagliare la scheda, quindi rimettere gli elementi e saldarli. Durante il taglio è necessario occuparsi degli elementi già saldati.
• Preferirei usare la sega invece dell'utensile rotante, ma questa è probabilmente una cosa individuale.

Passaggio 6: modellare

Dopo il taglio, ho usato una lima per smussare i bordi e arrotondare gli angoli.

La dimensione finale della tavola era di 2,5 cm di lunghezza, 2 cm di larghezza e 1,5 cm di altezza.

Il progetto nella sua forma approssimativa è fatto. Tempo per il test…

Passaggio 7: test di funzionamento

Ho collegato la scheda a una striscia LED (12 LED) che necessita di alimentazione a 12V. Ho impostato l'ingresso 5V (privato dalla porta USB) e utilizzando un resistore regolato ho impostato l'uscita 12V. Funziona perfettamente. A causa della corrente relativamente elevata assorbita, il chip MC34063 si stava surriscaldando. Ho lasciato il circuito con la striscia LED accesa per alcuni minuti ed era stabile.

Passaggio 8: risultato finale

Considero un grande successo il fatto che un SMPS così piccolo possa alimentare questo tipo di cosa che assorbe corrente come 12 LED.