Noch ein kleiner regulierter Boost SMPS (kein SMD) - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Vollständiger Projektname:

Noch ein weiteres weltweit kleinstes geregeltes DC/DC-Wandler-Schaltnetzteil mit geregeltem Aufwärtsdruck, das THT (Through Hole Technology) und kein SMD (Surface Mounted Device) verwendet.

Okay, okay, du hast mich. Vielleicht ist es nicht kleiner als dieses, das von der Firma Murata Manufacturing erstellt wurde, aber definitiv etwas, das Sie mit allgemein zugänglichen Elementen und Werkzeugen zu Hause selbst bauen können.

Meine Idee war, ein kompaktes Schaltnetzteil für meine kleinen Mikrocontroller-basierten Projekte zu entwickeln.

Dieses Projekt ist auch eine Art Tutorial, wie man Pfade auf einer Leiterplatte mit massivem Draht erstellt, anstatt Pfade mit einem Lot zu bauen.

Lass es uns tun!

Schritt 1: Design

Sie können viele kundenspezifische Designs für Netzteile im Taschenformat finden, aber die meisten von ihnen hatten 2 größte Nachteile:

• Sie sind lineare Netzteile, d.h. sie sind nicht sehr effizient,
• Sie sind entweder nicht oder stufenweise geregelt

Mein Aufwärtswandler ist ein Schaltnetzteil mit einer glatt geregelten Ausgangsspannung (über geregelten Widerstand). Wenn Sie mehr lesen möchten, gibt es auf microchip.com ein hervorragendes Dokument, das verschiedene Architekturen, Vor- und Nachteile der Verwendung von SMPSs erklärt.

Als Basis-IC-Chip für mein Schaltnetzteil habe ich den sehr beliebten und allgemein erhältlichen Chip MC34063 ausgewählt. Es kann verwendet werden, um Abwärts- (Buck), Aufwärts- (Boost)-Wandler oder Spannungsinverter zu bauen, indem nur einige externe Elemente hinzugefügt werden. Eine sehr schöne Erklärung, wie man SMPS mit MC34063 entwirft, wurde von Dave Jones in seinem YouTube-Video gemacht. Ich empfehle Ihnen dringend, es sich anzusehen und den Berechnungen für die Werte jedes Elements zu folgen.

Wenn Sie dies nicht manuell tun möchten, können Sie den Online-Rechner für MC34063 verwenden, um Ihre Anforderungen zu erfüllen. Sie können diesen von Madis Kaal oder den für höhere Spannungen ausgelegten auf changpuak.ch verwenden.

Ich habe Elemente ausgewählt, die sich nur grob an die Berechnungen halten:

Ich habe die größten Kondensatoren ausgewählt, die auf die Platine passen könnten. Eingangs- und Ausgangskondensatoren sind 220µF 16V. I Sie benötigen eine höhere Ausgangsspannung oder benötigen eine höhere Eingangsspannung, wählen Sie die passenden Kondensatoren

• Induktor L: 100µH, das war der einzige, den ich mit der Größe des Chips selbst bekam.
• Ich habe die Diode 1N4001 (1A, 50V) anstelle einer Shotky-Diode verwendet. Die Schaltfrequenz dieser Diode beträgt 15 kHz, was weniger als meine verwendete Schaltfrequenz ist, aber irgendwie funktioniert die ganze Schaltung gut.
• Schaltkondensator Ct: 1nF (gibt Schaltfrequenz ~26kHz)
• Stromschutzwiderstand Rsc: 0,22Ω
• Variabler Widerstand, der das Widerstandsverhältnis R2 zu R1 darstellt: 20kΩ

Tipps

• Wählen Sie die Schaltfrequenz (indem Sie den richtigen Schaltkondensator auswählen) in einem Bereich Ihrer Diode (indem Sie die Shotky-Diode anstelle der Allzweck-Diode wählen).
• Wählen Sie die Kondensatoren mit mehr maximaler Spannung aus, als Sie als Eingang bereitstellen möchten (Eingangskondensator) oder gehen Sie auf den Ausgang (Ausgangskondensator). Z. B. 16V Kondensator am Eingang (mit höherer Kapazität) und 50V Kondensator am Ausgang (mit geringerer Kapazität), aber beide relativ gleich groß.

Schritt 2: Materialien und Werkzeuge

Materialien, die ich verwendet habe, aber die genauen Werte hängen stark von Ihren Bedürfnissen ab:

• Chip MC34063 (Amazon)
• Schaltkondensator: 1nF
• Eingangskondensator: 16V, 220µF
• Ausgangskondensator: 16V, 220µF (ich empfehle 50V, 4,7µF)
• Schnelle Schaltdiode: 1N4001 (Einige Shotky-Dioden sind viel schneller)
• Widerstand: 180Ω (beliebiger Wert)
• Widerstand: 0,22
• Variabler Widerstand: 0-20kΩ, aber Sie können 0-50kΩ verwenden
• Induktivität: 100µH
• Prototyp-Leiterplatte (BangGood.com)
• Einige kurze Kabel

Werkzeuge benötigt:

• Lötstation (und Zubehör drumherum: Lötdraht, ggf. Harz, etwas zum Reinigen einer Spitze usw.)
• Zangen, Diagonalzangen/Seitenschneider
• Säge oder Drehwerkzeug zum Schneiden der Platine
• Datei
• Klebeband (ja, als Werkzeug, nicht als Material)
• Du

Schritt 3: Elemente platzieren - Anfang

Ich verbringe viel Zeit damit, Elemente auf dem Board in einer solchen Konfiguration zu organisieren, damit es so wenig Platz wie möglich einnimmt. Nach vielen Versuchen und Misserfolgen präsentiert dieses Projekt, was ich letztendlich erreicht habe. Im Moment denke ich, dass dies die optimale Platzierung von Elementen mit nur einer Seite des Boards ist.

Ich habe überlegt, Elemente auf beiden Seiten zu platzieren, aber dann:

• löten wäre echt kompliziert
• Es nimmt nicht wirklich weniger Platz ein
• SMPS hätte eine unregelmäßige Form, was die Montage in z. B. einem Moor oder an einer 9V-Batterie sehr schwer zu erreichen

Um Knoten zu verbinden, habe ich eine Technik verwendet, bei der ein blanker Draht verwendet, in eine erwartete Form eines Pfads gebogen und dann an die Platine gelötet wird. Ich bevorzuge diese Technik anstelle von Lötzinn aus folgenden Gründen:

• Die Verwendung von Lötmittel zum "Verbinden der Punkte" auf einer Leiterplatte halte ich für verrückt und irgendwie unangemessen. Heutzutage enthalten Lötdrähte ein Harz, das verwendet wird, um das Lot und die Oberfläche zu desoxidieren. Aber die Verwendung von Lot als Wegbauer führt dazu, dass das Harz verdampft und einige oxidierte Teile freiliegen, was ich für die Schaltung selbst nicht so gut halte.
• Auf der von mir verwendeten Platine ist es fast unmöglich, 2 "Punkte" mit einem Lot zu verbinden. Lot klebt an "Punkten", ohne eine beabsichtigte Verbindung zwischen ihnen herzustellen. Wenn Sie die Platine verwenden, bei der "Punkte" aus Kupfer bestehen und die sehr nahe beieinander liegen, sieht es einfacher aus, Verbindungen herzustellen.
• Die Verwendung von Lötmittel zum Erstellen von Pfaden verwendet einfach … zu viel Lötmittel. Die Verwendung eines Drahtes ist einfach weniger "teuer".
• Im Falle eines Fehlers kann es wirklich schwierig sein, den alten Lötpfad zu entfernen und durch einen neuen zu ersetzen. Die Verwendung von Drahtpfaden ist relativ viel einfacher.
• Die Verwendung von Drähten macht die Verbindung viel zuverlässiger.

Der Nachteil ist, dass es länger dauert, den Draht zu formen und zu löten. Aber wenn Sie etwas Erfahrung sammeln, ist es keine schwere Aufgabe mehr. Zumindest habe ich mich einfach daran gewöhnt.

Tipps

• Die Hauptregel zum Platzieren der Elemente ist, die überstehenden Beine auf der anderen Seite des Bretts so nah wie möglich am Brett abzuschneiden. Es wird uns später helfen, wenn wir den Draht platzieren, um Pfade zu bauen.
• Verwenden Sie nicht die Beine des Elements, um Pfade zu erstellen. Im Allgemeinen ist es eine gute Idee, dies zu tun, aber wenn Sie einen Fehler machen oder Ihr Element ersetzt werden muss (z. B. es ist kaputt), dann ist es wirklich schwierig. Sie müssen den Pfaddraht sowieso durchschneiden und da die Beine verbogen sind, kann es schwierig sein, das Element aus der Platine zu ziehen.
• Versuchen Sie, Wege von der Innenseite der Schaltung nach außen oder von einer Seite zur anderen zu bauen. Versuchen Sie, Situationen zu vermeiden, in denen Sie einen Pfad erstellen müssen, andere Pfade jedoch bereits erstellt wurden. Es kann schwierig sein, den Pfaddraht zu halten.
• Schneiden Sie den Pfaddraht vor dem Löten nicht auf die endgültige Länge / Form. Nehmen Sie einen längeren Pfaddraht, formen Sie ihn, verwenden Sie ein Klebeband, um den Pfaddraht in einer Position auf der Platine zu halten, löten Sie ihn und schneiden Sie ihn schließlich bei a gewünschter Punkt (siehe Fotos).

Schritt 4: Elemente platzieren - Hauptaufgabe

Sie müssen nur dem Schaltplan folgen und das Element einzeln platzieren, die überschüssigen Beine abschneiden, so nah wie möglich an die Platine löten, den Pfaddraht formen, löten und schneiden. Wiederholen Sie dies mit einem anderen Element.

Spitze:

Sie können auf einem Foto überprüfen, wie ich jedes Element platziert habe. Versuchen Sie einfach, dem bereitgestellten Schema zu folgen. In einigen komplexen Schaltungen, die mit hohen Frequenzen usw. umgehen, werden Induktoren aufgrund des Magnetfelds, das andere Elemente stören kann, getrennt auf der Platine platziert. Aber in unserem Projekt interessiert uns dieser Fall einfach nicht. Deshalb habe ich den Induktor direkt auf den MC34063-Chip gelegt und interessiere mich nicht für Interferenzen

Schritt 5: Schneiden des Brettes

Sie müssen vorher wissen, dass Leiterplatten sehr hart und daher schwer zu schneiden sind. Ich habe zuerst versucht, ein rotierendes Werkzeug zu verwenden (Foto). Die Schnittlinie ist sehr glatt, aber es dauerte sehr lange, sie zu schneiden. Ich beschloss, auf eine normale Säge umzusteigen, um Metall zu schneiden, und für mich funktionierte es im Allgemeinen in Ordnung.

Tipps:

• Schneiden Sie die Platine ab, bevor Sie alle Elemente löten. Zuerst alle Elemente platzieren (kein Löten), Schnittpunkte markieren, alle Elemente entfernen, Platine zuschneiden und dann Elemente wieder einsetzen und verlöten. Beim Schneiden müssen Sie auf bereits verlötete Elemente achten.
• Ich würde lieber eine Säge anstelle eines rotierenden Werkzeugs verwenden, aber das ist wahrscheinlich eine individuelle Sache.

Schritt 6: Formen

Nach dem Schneiden habe ich eine Feile verwendet, um die Kanten zu glätten und die Ecken abzurunden.

Die endgültige Größe des Bretts betrug 2,5 cm Länge, 2 cm Breite und 1,5 cm Höhe.

Das Projekt in seiner groben Form ist fertig. Zeit zum Testen…

Schritt 7: Testbetrieb

Ich habe die Platine an einen LED-Streifen (12 LEDs) angeschlossen, der eine 12-V-Stromversorgung benötigt. Ich setze den 5V-Eingang (vom USB-Anschluss bereitgestellt) und verwende einen geregelten Widerstand, um den 12-V-Ausgang einzurichten. Es funktioniert perfekt. Aufgrund der relativ hohen Stromaufnahme wurde der MC34063-Chip warm. Ich habe die Schaltung für einige Minuten mit LED-Streifen gelassen und sie war stabil.

Schritt 8: Endergebnis

Ich halte es für einen großen Erfolg, dass ein so kleines SMPS so ein stromziehendes Ding wie 12 LEDs mit Strom versorgen kann.