USB-Netzteil mit variabler Spannung - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Ich habe seit einiger Zeit eine Idee für ein USB-betriebenes variables Netzteil. Als ich es entworfen habe, habe ich es etwas vielseitiger gemacht und ermöglicht nicht nur den USB-Eingang, sondern alles von 3 VDC bis 8 VDC über einen USB-Stecker oder über Bananensteckerbuchsen. Die Ausgabe verwendet die Art von Buchse, die Sie in einer Wandwarze sehen würden, und zwei Bananensteckerbuchsen. Wenn Sie 5 Volt einspeisen, können Sie den Ausgang von 1,3 Volt bis 20 Volt leicht belastet mit niedrigeren Spannungen bis zu 200 mA variieren. Auf der Vorderseite befindet sich eine digitale Anzeige, die die zur Last fließenden Volt und Ströme anzeigt. Im Bild oben versorge ich ein Mini-Oszilloskop mit 9 Volt bei 120 mA von der 5-Volt-USB-Versorgung eines Laptop-USB-Anschlusses.

Lieferungen:

Teile

(1) 240 Ohm Widerstand, 1/4 Watt

(1) 67 k Widerstand, 1/4 Watt

(2) 4,7 k Widerstände 1/4 Watt

(3) 1 k Widerstände, 1/4 Watt

(3) 2N3904 Transistoren

(1) IRF520 Mosfet oder gleichwertig

(2) 1N914 Schaltdioden

(1) 1N4007-Diode

(2) 0,01 uF Keramikkondensatoren (das Schema sagt 8 nF oder 0,008 uF, aber 0,01 uF ist einfacher zu erhalten)

(2) 10 uF Elektrolytkondensatoren, 50 Volt

(1) 470 uF Elektrolytkondensator 50 Volt

(1) 56 uH Induktor (kann auf Wunsch auf einen kleinen Toroid gewickelt werden)

(1) 100k Trimmpoti

(1) 5k 1/2 Watt Potentiometer, lineare Verjüngung

(1) LM317 IC Spannungsregler IC-Chip

(4) Bananenbuchsen (männlich)

(1) USB-Buchse in Standardgröße (männlich)

(1) Digitalvoltmeter Amperemeter Modul

(1) Gehäuse

(1) Perf- oder Prototyping-Board

(1) schwarzer Knopf mit Schraubenspanner

Schrumpfschlauch

Verschiedene Farben des Anschlusskabels

Flachsteckverbinder (verschiedene Größen)

Kühlkörper und Silikonmasse für LM317

Werkzeuge

Lötkolben, Lötzinn, Schmelzkleber, Bohrer mit Bohrer, verschiedene Schraubendreher, verschiedene Arten von kleinen Zangen, Multimeter und Oszilloskop

Schritt 1: Teile beziehen

Ich habe absichtlich Teile verwendet, die leicht zu finden sind und von Elektronikschrottplatinen gerettet werden können. Der LM317-IC ist sehr verbreitet und die 2N3904-Transistoren sind universell einsetzbar und können durch viele verschiedene Typen ersetzt werden. Der Mosfet ist ebenfalls sehr verbreitet und andere Typen können als Ersatz verwendet werden, solange der Ersatz ein N-Kanal-Mosfet ist und ähnliche Bewertungen hat. Der Induktor ist nicht kritisch und viele im Bereich von 50 bis 200 nH können verwendet werden. Zu diesem Zweck rette ich sie aus verbrauchten CFL-Lampentreiberplatinen. Jede Art von Projektbox kann verwendet werden. Ich hatte dieses hier zur Hand, aber ein billigeres schwarzes ist perfekt geeignet. Was die Verwendung des Perfboards betrifft, so ist es meine persönliche Wahl, weil Änderungen leicht vorgenommen werden können.

Schritt 2: Theorie hinter der Schaltung

Die obigen Wellenformfotos zeigen den Verlauf der Wellenform. Die erste zeigt die Wellenform am Ausgang des astabilen Multivibrators oben auf der rechten 1N914-Diode. Die zweite zeigt die Wellenform am Gate des IRF520 und die letzte zeigt die Wellenform an der Quelle des IRF520.

Die Schaltung verwendet einen astabilen Multivibrator mit zwei Transistoren, der mit 18 kHz läuft. Der Rechteckwellenausgang wird von der Oberseite einer der beiden 1N914-Dioden abgenommen. Die Transistoren sind übliche 2N3904's. Die Niederspannungs-Rechteckwelle wird von einem anderen 2N3904-Transistor verstärkt, der Klasse C vorgespannt ist. Der Transistor verstärkt die Eingangs-Rechteckwelle um einen Faktor von etwa 10, wobei sie einen Elektrolytkondensator und ein 100k-Potentiometer passiert, bevor sie an das Gate eines IRF520-Mosfet angelegt werden. Der Mosfet ist als Aufwärts-Chopper verdrahtet, wobei der Source-Anschluss eine 56-uH-Drossel hat, die zur 5-Volt-Versorgung zurückkehrt. Wenn der Mosfet eingeschaltet und dann abrupt ausgeschaltet wird, wird das Magnetfeld im Induktor gebildet und bricht dann zusammen, wodurch eine Gegen-EMK erzeugt wird. Diese Gegen-EMK-Spannung kann durch die 1N4007-Diode fließen und liegt in Reihe mit der Quellenspannung. Dieser lädt sich bis zur Addition der beiden Spannungen über den 470 uF Elektrolyt auf. Vor dem Kondensator befindet sich ein LM317-Spannungsreglerchip, der als einstellbares Netzteil konfiguriert ist und über das 5k-Potentiometer eingestellt wird. Die Leerlaufspannung ist zwischen 1,3 Volt und 20 Volt einstellbar. Ein digitales Voltmeter und ein Amperemeter sind in den Stromkreis verdrahtet, um die richtigen Spannungs- und Stromwerte auf der Frontplatte anzuzeigen.

Schritt 3: Bauen Sie den astabilen Multivibrator und sehen Sie, ob er funktioniert

Setzen Sie den Astabilen Multivibrator wie auf dem Bild zusammen. Schalten Sie mit 5 Volt ein und die Wellenform am Kollektor des zweiten Transistors sollte wie der Sägezahn auf dem zweiten Foto aussehen, wobei die Frequenz ungefähr 18 kHz beträgt.

Schritt 4: Puffer-/Verstärker- und Aufwärtswandler-Abschnitte hinzufügen

Sobald festgestellt wurde, dass der astabile Multivibrator funktioniert, können Sie den Puffertransistorabschnitt hinzufügen. Das 100 K Trim Poti wird hinzugefügt, um den Pegel des Signaleingangs zum Mosfet einzustellen. Installieren Sie nach der Montage des Mosfet unter Einhaltung der Antistatik-Vorkehrungen die Diode und den Elektrolytkondensator. Bevor Sie diese Teile installieren, möchten Sie vielleicht damit experimentieren, sie auf die Platine eines Experimentators zu legen, während Sie verschiedene Werte der Induktivität ausprobieren. Ich habe eine Reihe von CFLs auseinandergenommen und festgestellt, dass die Induktivitäten für diesen Zweck perfekt sind, außer dass sie mit mehr als 100 mA heiß wurden. Ich fand diesen Induktor perfekt, da er dickeren Draht verwendet. Sie können Induktivitäten von 50 bis 200 uH verwenden und erhalten bei dieser Frequenz gute Ergebnisse. Ich würde empfehlen, den Mosfet beim Experimentieren von einem Funktionsgenerator zu steuern. Gehen Sie von 0,5 Volt Spitze zu Spitze bis zu 5 Volt Spitze zu Spitze. Legen Sie ein Voltmeter über den 470-uF-Kondensator und beobachten Sie, wie sich die Spannung am Kondensator auf ein Vielfaches der Eingangsspannung aufbaut. Unbelastet ging meins auf einen Überschuss von 30 Volt hoch. Stellen Sie sicher, dass Ihr 470-uF-Elektrolyt eine Nennspannung von mindestens 50 Volt hat.

CFL-Compact Fluorescent Light

Schritt 5: Fügen Sie die LM317-Schaltung hinzu

Sobald Sie mit der Leistung des Mosfet-Aufwärtswandlerabschnitts zufrieden sind, können Sie den LM317 und seinen Kühlkörper installieren. Ich stellte fest, dass der LM317 heiß wurde und einen Kühlkörper benötigte, aber nicht den Mosfet. Wenn die Spule heiß wird, können Sie einen Kühlkörper aus Aluminiumfolie und etwas Kleber herstellen. Ich habe ein kleines Stück Blech lose um die Spule gebogen und mit Heißkleber festgeklebt.

Schritt 6: Löcher in das Gehäuse bohren, Bananenbuchsen anbringen und die Digitalanzeige an der Vorderseite montieren

Bohren Sie Löcher in die Frontplatte für Potentiometer (1), (4) Löcher für Bananenbuchsen und (2) für USB-Kabel und Adapterstecker. Montieren Sie die Platine in der im Bild gezeigten Position und verdrahten Sie alles zusammen. Ich fand, dass die Bananenstecker, die ich verwendet habe, besser mit den daran angeschlossenen Flachsteckern funktionierten. Einige Marken haben Lötanschlüsse auf der Rückseite, daher hängt dies von der Art des verwendeten Anschlusses ab.

Ich habe die Platine an der Unterseite des Gehäuses mit etwas Schmelzkleber befestigt, damit sie leicht entfernt werden kann, wenn ich Änderungen an der Schaltung vornehmen möchte. Das vordere Stück aus schwarzem Kunststoff wurde geschnitten, um die Vorderseite des Messgerätefelds aufzunehmen. Es wurde mit Heißkleber befestigt. Nachdem alle Buchsen hinten angebracht waren, wurde die Platte auch mit Schmelzkleber fixiert.

Schritt 7: Endmontage und Prüfung

Das letzte Element, das Sie mit dem Gerät verdrahten müssen, ist das Spannungs-/Strommodul. Das Modul wird mit einem schwarzen und einem weißen Kabel geliefert, diese gehen an die Eingangsspannungsversorgung. Das orangefarbene Kabel erfasst die positive Ausgangsspannung. Es gibt zwei dicke schwarze und rote Drähte, diese gehen zum Stromshunt. Diese gehen in Reihe mit der Ausgangslast, um Ihnen mitzuteilen, wie viel Strom von Ihrer Last gezogen wird. Die Zähler registrieren nicht, wenn Sie die Polarität vertauschen. Ich stellte fest, dass der Strom aus irgendeinem Grund für mich nicht genau las, also musste ich mit verschiedenen Drahtstärken und -typen experimentieren. Sobald ich die richtigen Stromwerte hatte, lötete ich die Drähte direkt an die Klemmen des Moduls und entfernte die bereitgestellten Anschlüsse. Dies könnte ein Problem mit nur dem Modul gewesen sein, das ich verwendet habe.

Dieses Gerät beginnt bei einem Eingang von 3 VDC zu arbeiten und liefert bei dieser Spannung bis zu 7 Volt Ausgang bei 60 mA. Bei einer Eingangsspannung von 5 Volt gibt es kontinuierlich maximal 11 Volt bei 120 mA aus, ohne dass eine der Komponenten überhitzt. Eine bessere Wärmeableitung führt zu höheren Strömen. Das war gut in dem Bereich, für den ich es verwenden wollte.