DIY Breadboard Netzteil - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Ich wollte schon immer ein tragbares Netzteil speziell für Steckbretter. Da ich es nicht zum Verkauf finde, musste ich es selbst herstellen. Ich lade Sie ein, dasselbe zu tun.

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Merkmale:

• Ausgänge 5V 1A.
• Stecker auf jedem Standard-Steckbrett mit 400 oder 830 Punkten.
• Ladegerät mit Überladungs-, Tiefentladungs- und Überstromschutz.
• Batterieanzeige mit zweifarbiger LED (grün 50-100%, gelb 20-50%, rot 0-20%).
• Niedrige Welligkeit/Rauschen-Ausgang mit Suppressordiode.

Schritt 1: Materialien

Hauptmaterialien:

• 18650 Lithium-Ionen-Akku. Ich habe meine von einem kaputten Laptop genommen. Ich habe für dieses Projekt einen verwendet, um alles so kompakt / leicht wie möglich zu machen, aber Sie könnten zwei Batterien parallel verwenden, um die Kapazität zu erhöhen. Wenn Sie zwei Akkus verwenden, stellen Sie sicher, dass diese zu 100 % von derselben Marke, demselben Modell, Alter/Verschleiß und Kapazität sind und dass sie beim Anschließen eine ähnliche Ladung haben. Hier kaufen:
• TP4056 Lademodul mit Batterieschutz. Es gibt eine Version ohne Batterieschutz, die Sie nicht kaufen sollten. Stellen Sie sicher, dass Sie einen mit 6 Anschlüssen kaufen, genau wie auf dem Bild. Hier kaufen:
• MT3608 Aufwärtswandlermodul. Es hat ein Potentiometer zur Auswahl der Spannung. In diesem Fall wähle ich 5V. Hier kaufen:
• Selbstsichernder Knopf mit einer Nennleistung von 3A/125V mit einem Lochdurchmesser von 12mm. Hier kaufen:
• 470µF 25V Elektrolytkondensator. Dies reduziert den Spannungsabfall, wenn wir eine erhebliche Last einführen. Hier kaufen:
• 100nF Keramikkondensator. Reduziert die Hochfrequenzwelligkeit/das Rauschen. Hier kaufen:
• 1nF Keramikkondensator. Reduziert die sehr hochfrequente Welligkeit/das Rauschen. Hier kaufen:
• Schottky-Diode 1A 40V. Dies dient zum Schutz der auf dem Steckbrett angeschlossenen Komponenten vor Hochspannungsspitzen, die durch eine Spule im Stromkreis verursacht werden. Hier kaufen:
• 2x8cm Perfboard. Hier kaufen:
• X2 zweireihige 2x3 2,54 mm Stiftleisten. Einige billige Arduino-Nanos werden mitgeliefert und ich löte sie normalerweise nicht, also habe ich sie für dieses Projekt genommen. Sie können sie mit einem Winkel von 90 Grad kaufen, was möglicherweise eine bessere Option ist, um die Installation zu erleichtern. Hier kaufen:

• Epoxid:

Hinweis: Als Amazon-Partner verdiene ich an qualifizierten Käufen.

Materialien für Batterieanzeige (optional):

• 3mm zweifarbige LED (rot-grün). Ich habe Diagramme und PCB-Gerber-Dateien für gemeinsame Anoden- und gemeinsame Kathoden-LEDs erstellt, damit beide funktionieren. Achten Sie nur darauf, dass die Streuung ausreichend ist, damit beim gleichzeitigen Drehen beider LEDs eine gleichmäßige gelbe Farbe entsteht. Es gibt viele zweifarbige LEDs von schlechter Qualität, bei denen sich beide Farben nicht gut mischen. Hier kaufen:
• NE5532P Operationsverstärker. Hier kaufen:
• S8050 NPN-Transistor. Praktisch jeder NPN-Transistor würde jedoch funktionieren. Hier kaufen:

• Widerstände (1% von 1/4W oder 1/8W):

  • R1: 6,2K für die negative Seite des Spannungsteilers für den Operationsverstärker 2IN+, der steuert, wann die rote LED aufleuchtet. Hier kaufen:
  • R2: 2,2K für die positive Seite des Spannungsteilers für den Operationsverstärker 2IN+, der steuert, wenn die rote LED aufleuchtet. Kaufen Sie ein Widerstandskit, das diesen und die meisten anderen Werte enthält:
  • R3: 51K für das Feedback, um die Referenzspannung zu ändern, wenn die rote LED aufleuchtet, um einen festen Übergang zu haben.
  • R4: 2K für rote LED. Dieser Wert kann je nach LED unterschiedlich sein.
  • R5: 6,8 K für die negative Seite des Spannungsteilers für den Operationsverstärker 1IN- der steuert, wann die grüne LED ausgeht.
  • R6: 2,7K für die positive Seite des Spannungsteilers für den Operationsverstärker 1IN- der steuert, wenn die grüne LED erlischt. Hier kaufen:
  • R7: 100K für das Feedback, um die Referenzspannung zu ändern, wenn die grüne LED erlischt, um einen festen Übergang zu haben.
  • R8: 100 für grüne LED. Dieser Wert kann je nach LED unterschiedlich sein.
  • R9: 5.1K für den Transistoreingang. Der NPN-Transistor arbeitet als Inverter für den Ausgang, damit die Rückkopplung die richtige Polarität hat.
  • R10: 2K Pulldown für den Transistoreingang.

Hinweis: Alle Widerstandswerte für die Spannungsteiler und die Rückkopplung sind sehr wichtig, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Wenn Sie einen Widerstandswert ändern, möchten Sie möglicherweise andere Widerstände ändern, um dies zu kompensieren. Oder wenn Sie absichtlich die Spannung ändern möchten, bei der die LEDs ein- / ausgeschaltet werden, können Sie diese Widerstandswerte ändern.

Optionale Materialien:

• 3 mm zweifarbige LED (rot-grün) gemeinsame Anode für die Ladeanzeige. Das Lademodul verfügt über zwei eingebaute LEDs: eine rote zur Anzeige des Ladevorgangs; und eine blaue, um anzuzeigen, dass der Ladevorgang beendet ist. Diese zweifarbige LED könnte diese LEDs ersetzen, wenn Sie möchten. Hier kaufen:
• 2,2K-Widerstand zum Ersetzen des R3 am Lademodul, um den maximalen Ladestrom auf etwa 500 mA einzustellen, anstatt standardmäßig auf 1 A. Ist ein SMD-Widerstand, aber da ich nur Durchsteckwiderstände kaufe, habe ich das verwendet.

Schritt 2: Vorbereitung

Bevor Sie etwas löten, testen Sie alle Komponenten, insbesondere die Module.

Der Aufwärtswandler verfügt über ein Potentiometer zur Auswahl der Ausgangsspannung. Stellen Sie sicher, dass Sie es bei 5 V belassen, bevor Sie an andere Komponenten löten, da Sie nicht möchten, dass es beim ersten Einschalten auf Hochspannung eingestellt wird, wenn alles angeschlossen ist. Sie könnten den Elektrolytkondensator durchbrennen oder den Operationsverstärker auf der Batterieanzeige verbrennen. Um den Aufwärtswandler einzustellen, müssen Sie ihn an die Batterie und ein Multimeter anschließen. Im Uhrzeigersinn drehen, um die Spannung zu verringern; gegen den Uhrzeigersinn drehen, um die Spannung zu erhöhen.

Wenn Sie vorhaben, einige Änderungen am Lademodul vorzunehmen, tun Sie dies jetzt, bevor Sie andere Komponenten anschließen. Es gibt drei Modifikationen, die ich gemacht habe. Zuerst ersetze ich den R3-Widerstand auf 2,2 K, um den maximalen Ladestrom auf etwa 500 mA einzustellen, anstelle der standardmäßigen 1 A. Der Grund ist, dass der IC beim Laden sehr heiß wird. Ich wollte die Temperatur senken, um den Ladestrom zu reduzieren. Das Aufladen des Akkus dauert natürlich länger, ist aber meiner Meinung nach schnell genug.

Die zweite Modifikation bestand darin, die beiden LED-Anzeigen durch eine gemeinsame Anode mit einer zweifarbigen LED (rot-grün) zu ersetzen. Ich habe dies getan, um besser auszusehen und zu meinem Design zu passen, aber Sie müssen dies nicht tun.

Und das letzte, was ich mit dem Lademodul gemacht habe, ist die Lötung an den Seiten des Micro-USB-Anschlusses zu verstärken. Dieser Steckverbinder ist anfällig für Bremsen, daher empfehle ich, mehr Lötmittel zwischen der Metallhülle des Steckverbinders und der Platine hinzuzufügen. Ich würde jedoch nicht mit den tatsächlichen elektrischen Anschlüssen auf der Rückseite herumspielen. Achten Sie darauf, nicht zu viel Lötmittel hinzuzufügen, da es in den Stecker gelangen könnte.

Ich habe Netzteile für Steckbretter (ohne Batterien) gesehen, die am Ende des Steckbretts angeschlossen sind, und Sie könnten dieses Design nehmen, wenn Sie das möchten, aber normalerweise stecke ich Arduino-Nanos an beiden Enden der Steckbretter und ich wollte nicht alles blockiert ihren USB-Anschluss.

Schritt 3: Batterieanzeige (optional)

Ich entwerfe eine sehr einfache Batterieanzeige mit einer zweifarbigen LED (rot-grün), die grün leuchtet, wenn die Batterie 50% (3,64 V) oder mehr beträgt; wird gelb, wenn zwischen 50 % und 20 % (3,64 V - 3,50 V) liegt; und rot, wenn unter 20% (3,50 V) liegt. Es verwendet einen Operationsverstärker, um zwei Schmitt-Trigger zu erzeugen, um zu verhindern, dass die LEDs auf der Schwelle flackern.

Ich wollte sehr kompakt sein, daher empfehle ich, mein Layout zu verwenden. Oder noch besser, laden Sie meine Gerber-Datei hoch und bestellen Sie meine benutzerdefinierte Leiterplatte von einer Website wie JLCPCB.com. Auf diese Weise müssen Sie nur die Komponenten verlöten, ohne sich um die Anschlüsse auf der Platine zu kümmern. Im Moment haben sie eine Aktion, bei der Sie 10 kleine Leiterplatten für 2 USD und kostenlosen Versand für die erste Bestellung kaufen können.

Ich entwerfe die Leiterplatten auf easyEDA, damit Sie das Projekt laden und sogar das Layout nach Ihren Wünschen ändern können.

Zweifarbige LED-Gemeinsame Kathode:

Zweifarbige LED gemeinsame Anode:

Schritt 4: Montage

Löten Sie zuerst die 3 Kondensatoren an den Ausgang des Aufwärtswandlers. Diese Kondensatoren helfen, Welligkeit und Rauschen zu reduzieren, die durch den Aufwärtswandler oder die Lasten am Ausgang verursacht werden. Ich empfehle dringend, sie zu installieren. Wenn Sie diese genauen Werte nicht haben, geben Sie stattdessen ähnliche Werte ein.

Nachdem Sie die Hauptschaltung getestet haben, schneiden Sie das 2x8cm Perfboard ab, um Platz für die Bolzen zu schaffen, die einige Steckbretter auf ihrer Seite haben. Wenn Sie dies nicht tun, wäre Ihre Batteriebank mit einigen Arten von Steckbrettern nicht kompatibel, zumindest nicht ohne die Stromschienen nach hinten zu verbinden. Nicht alle Steckbretter haben die Bolzen auf der gleichen Seite, und einige haben sogar 4 Bolzen anstelle der herkömmlichen 3. Wenn Sie die Batteriebank so gestalten, dass sie an den Enden der Steckbretter gesteckt wird, müssen Sie möglicherweise noch Platz für die Bolzen, die einige Steckbretter auch an diesen Enden haben.

Platzieren Sie die 2x3 männlichen Stifte auf einem Steckbrett, um sie als Führung zu verwenden, um sie in der richtigen Position an das Perfboard zu löten.

Fügen Sie die Schottky-Diode (1A 40V oder mehr) am Ausgang hinzu. Diese Diode schützt alle an der Stromschiene angeschlossenen Komponenten vor Hochspannungsspitzen, die durch Spulen wie Relais, Motoren, Induktoren, Magnetspulen usw. verursacht werden. Stellen Sie sicher, dass die negative Seite der Diode (weiße Linie) zur positiven Seite des Ausgangs geht.

Für das Gehäuse / Cover habe ich schwarzen Karton verwendet. Nicht die beste Wahl, da brennbar, aber Sie können verwenden, was Sie wollen.

Schritt 5: Fazit

Einige wichtige Tipps:

• Verwenden Sie die Powerbank nicht während des Ladevorgangs. Durch den Ladevorgang werden einige Schutzfunktionen deaktiviert, die den Akku beschädigen könnten, und die Last könnte eine Überladungssituation verursachen. Wenn der Überstromschutz deaktiviert ist, kann sogar das Steckbrett selbst beschädigt werden.
• Der Überstromschutz reagiert sehr schnell und unterbricht den Strom, wenn er einen Kurzschluss erkennt. Um dies zurückzusetzen, schalten Sie das Gerät für etwa 3 Sekunden aus.

Relevante Daten:

Dies sind die Ergebnisse einiger meiner Tests. Es kann sich von Ihrem unterscheiden, aber Sie können es als Referenz dafür verwenden, was Sie erwartet:

• Ladezeit von leer bis voll (bei 560mA): 4:30 Stunden.
• Bei einer Last von 50mA hielt ein voller Akku 23 Stunden und 17 Minuten.
• Bei einer Belastung von 500mA hielt ein voller Akku 2 Stunden und 21 Minuten. Dies sind etwa 1630mAh am Ausgang.
• Ich habe einen maximalen konstanten Spannungsabfall am Ausgang von 0,03 V beobachtet, wenn er an eine 500-mA-Last angeschlossen ist, sodass insgesamt sehr stabile 5 V ausgegeben werden. Ich habe andere kleinere Aufwärtswandler gesehen, bei denen sie die Spannung um 0,7 V unter 5 V (4,3 V) senken, was ich inakzeptabel finde.
• Die Spannungen für die Batterieanzeige sind auf etwa 50 % = 3,64 V, 20 % = 3,50 V eingestellt. Das Feedback ändert den Wert auf +/- 0.7V. Sie können verschiedene Widerstandswerte ausprobieren, um die Spannungen zu ändern, bei denen die LEDs ein- und ausgeschaltet werden, aber meine empfohlenen Werte basieren auf meinen Tests und Berechnungen und sollten für die meisten 18650-Batterien gelten.

Es ist möglich, zwei Batterien parallel zu verwenden, um die Kapazität zu verdoppeln. Ich habe diese Version auch gebaut, aber offensichtlich ist sie größer und schwerer und daher nicht meine erste Wahl. Sie entscheiden, welche Version Sie erstellen möchten.

Das ist es. Wenn Sie eine Frage haben, lassen Sie es mich wissen.

Viel Glück.