Umschaltmodus Altoids IPOD-Ladegerät mit 3 AA-Batterien - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Das Ziel dieses Projekts war es, ein effizientes Altoids Zinn iPod (Firewire)-Ladegerät zu bauen, das mit 3 (wiederaufladbaren) 'AA'-Batterien betrieben wird. Dieses Projekt begann als Zusammenarbeit mit Sky bei PCB-Design und -Konstruktion und mir bei Schaltung und Firmware. So wie es ist, wird dieses Design nicht funktionieren. Es wird hier im Sinne des "Konzepts eines abgeleiteten Projekts" (https://www.instructables.com/ex/i/C2303A881DE510299AD7001143E7E506/)" vorgestellt???? Stein für die weitere Verfeinerung, Verbesserung oder Anwendung auf ein völlig anderes Problem. Die Gemeinschaft von Heimwerkern, der wir alle angehören, kann wirklich erstaunliche Dinge tun, wenn sie als Gemeinschaft zusammenarbeiten. Innovation geschieht selten in einem Vakuum. Der offensichtliche nächste Schritt ist es, die Community dabei zu unterstützen, Ideen zu verfeinern und weiterzuentwickeln, die noch nicht fertig sind." Wir reichen dies jetzt ein, damit andere iPod-Enthusiasten dort weitermachen können, wo wir aufgehört haben. Es gibt (mindestens) zwei Gründe, warum dieses Ladegerät _nicht_ funktioniert: 1. Der Transistor lässt nicht genug Strom fließen, um die Induktivität vollständig aufzuladen. Die andere Option ist ein FET, aber ein FET benötigt mindestens 5 Volt, um vollständig einzuschalten. Dies wird im Abschnitt SMPS besprochen.2. Der Induktor ist einfach nicht groß genug. Das Ladegerät produziert nicht annähernd genug Strom für den iPod. Wir hatten keine genaue Möglichkeit, den iPod-Ladestrom zu messen (außer das ursprüngliche Ladekabel zu zerschneiden), bis unsere Teile von Mouser eintrafen. Die empfohlenen Induktivitäten sind für dieses Projekt bei weitem nicht groß genug. Ein geeigneter Ersatz könnte die Spule sein, die Nick de Smith auf seinem MAX1771 SMPS verwendet. Es handelt sich um eine 2- oder 3-A-Spule von digikey: (https://www.desmith.net/NMdS/Electronics/NixiePSU.html#bom)Dieses Gerät kann ein USB- oder Firewire-Gerät mit einer kleinen Menge Strom versorgen, aber nicht genug um einen (3G) iPod aufzuladen. Es wird einen völlig toten 3G-iPod mit Strom versorgen, aber nicht aufladen.

Schritt 1: Umschaltmodus Altoids IPOD-Ladegerät mit 3 'AA'-Batterien

Das Ziel dieses Projekts war es, ein effizientes Altoids Zinn iPod (Firewire)-Ladegerät zu bauen, das mit 3 (wiederaufladbaren) 'AA'-Batterien betrieben wird. Firewire liefert 30 Volt ungeregelt. Ein iPod kann 8-30 Volt Gleichstrom verwenden. Um dies aus 3 AA-Batterien zu bekommen, benötigen wir einen Spannungsbooster. In diesem anweisbaren wird ein Schaltnetzteil basierend auf einem Mikrocontroller verwendet. Es gelten die üblichen Haftungsausschlüsse. Hochspannung….tödlich…usw. Denken Sie darüber nach, wie viel Ihr iPod Ihnen wert ist, bevor Sie ihn an diesen kleinen Elektroschocker in einer Blechdose anschließen /ex/i/B59D3AD4E2CE10288F99001143E7E506/?ALLSTEPSLesen Sie weiter, um zu sehen, wie das Nixie-Röhren-SMPS-Design als iPod-Ladegerät angepasst wurde….

Eine Menge früherer Arbeiten hat dieses Projekt inspiriert. Eines der ersten DIY-Ladegeräte verwendete eine Kombination aus 9-Volt- und AA-Batterien, um einen iPod über den Firewire-Anschluss aufzuladen (funktioniert für alle iPods, obligatorisch für 3G-iPods): https://www.chrisdiclerico.com/2004/10/24 /ipod-altoids-battery-pack-v2Dieses Design hat das Problem der ungleichmäßigen Entladung zwischen den Batterien. Eine aktualisierte Version verwendete nur 9-Volt-Batterien: https://www.chrisdiclerico.com/2005/01/18/altoids-ipod-battery-pack-v3Das Design unten erschien auf Make und Hackaday, während dieses instructable geschrieben wurde. Es ist ein einfaches Design für ein 5-Volt-USB-Ladegerät (dieser Typ lädt keine früheren iPods wie den 3G). Es verwendet eine 9-Volt-Batterie mit einem 7805 5-Volt-Regler. Es werden stabile 5 Volt bereitgestellt, aber die zusätzlichen 4 Volt aus der Batterie werden als Wärme im Regler verbrannt. https://www.instructables.com/ex/i/9A2B899A157310299AD7001143E7E506/?ALLSTEPSAlle diese Designs haben eines gemeinsam: 9-Volt-Batterien. Ich denke, 9 Volt sind schwach und teuer. Bei der Recherche nach diesem anweisbaren habe ich festgestellt, dass ein 'Energizer' NiMH 9 Volt nur 150 mAh beträgt. 'Duracell' stellt keine wiederaufladbaren 9 Volt her. Ein 'Duracell' oder 'Energizer' NiMH 'AA' hat eine gesunde Leistung von 2300 mAh oder mehr (bis zu 2700 mAh bei neueren Akkus). Zur Not sind Einweg-Alkali-AA-Batterien überall zu einem vernünftigen Preis erhältlich. Die Verwendung von 3 AA-Batterien bringt uns 2700 mAh bei ~ 4 Volt, verglichen mit 150 mAh bei 9 oder 18 (2x9 Volt) Volt. Bei so viel Leistung können wir mit Schaltverlusten und zusätzlicher Energie leben, die der SMPS-Mikrocontroller verbraucht.

Schritt 2: SMPS

Die Abbildung unten ist ein Auszug aus TB053 (ein netter Anwendungshinweis von Microchip: (https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/91053b.pdf)). Es skizziert das Grundprinzip des SMPS. Ein Mikrocontroller erdet einen FET (Q1), wodurch sich eine Ladung in der Induktivität L1 aufbauen kann. Wenn der FET ausgeschaltet ist, fließt die Ladung durch die Diode D1 in den Kondensator C1. Vvfb ist ein Spannungsteiler-Feedback, das es dem Mikrocontroller ermöglicht, die Hochspannung zu überwachen und den FET nach Bedarf zu aktivieren, um die gewünschte Spannung aufrechtzuerhalten. Wir wollen zwischen 8 und 30 Volt, um einen iPod über den Firewire-Anschluss aufzuladen. Lassen Sie uns dieses SMPS für 12-Volt-Ausgang entwerfen. Dies ist keine sofort tödliche Spannung, aber innerhalb des Firewire-Spannungsbereichs. MikrocontrollerEs gibt mehrere Single-Chip-Lösungen, die die Spannung von wenigen Batterien auf 12 (oder mehr) Volt erhöhen können. Dieses Projekt basiert NICHT auf einem davon. Stattdessen verwenden wir einen programmierbaren Mikrocontroller von Microchip, den PIC 12F683. Dies ermöglicht es uns, das SMPS mit Junk-Box-Teilen zu entwerfen und hält uns nah an der Hardware. Eine Single-Chip-Lösung würde den größten Teil des Betriebs des SMPS verschleiern und die Anbieterbindung fördern. Der 8-polige PIC 12F682 wurde aufgrund seiner geringen Größe und Kosten (weniger als 1 US-Dollar) ausgewählt. Es kann jeder Mikrocontroller verwendet werden (PIC/AVR), der über einen Hardware-Pulsweitenmodulator (PWM), zwei Analog-Digital-Wandler (ADC) und eine Spannungsreferenzoption (intern oder extern Vref) verfügt. Ich liebe den 8-Pin 12F683 und benutze ihn für alles. Gelegentlich habe ich es als präzise externe 8-MHz-Taktquelle für ältere PICs verwendet. Ich wünschte, Microchip würde mir eine ganze Röhre davon schicken. SpannungsreferenzDas Gerät ist batteriebetrieben. Batterieentladung und Temperaturänderungen führen zu Spannungsdrift. Damit der PIC eine eingestellte Ausgangsspannung (12 Volt) aufrechterhält, ist eine stabile Spannungsreferenz erforderlich. Dies muss eine sehr niedrige Spannungsreferenz sein, damit sie über den Ausgangsbereich von 3 AA-Batterien wirksam ist. Ursprünglich war eine 2,7-Volt-Zenerdiode geplant, aber der örtliche Elektronikladen hatte eine 2-Volt-"Stabistor"-Diode. Es wurde wie eine Zener-Referenz verwendet, aber "rückwärts" (eigentlich vorwärts) eingefügt. Der Stabistor scheint ziemlich selten zu sein (und teuer, ~0,75 Cent), daher haben wir eine zweite Version mit einer 2,5-Volt-Referenz von Microchip (MCP1525) gemacht. Wenn Sie keinen Zugriff auf den Stabistor oder die Microchip-Referenz (oder eine andere TO-92-Referenz) haben, könnte ein 2,7-Volt-Zener verwendet werden. Der erste ermöglicht es dem PIC, die Ausgangsspannung zu messen. Der PIC pulsiert den Transistor als Reaktion auf diese Messungen und hält einen gewünschten numerischen Messwert auf dem ADC aufrecht (ich nenne dies den "Sollwert"). Der PIC misst die Batteriespannung durch die zweite (ich nenne diese Versorgungsspannung oder Vsupply). Die optimale Einschaltzeit der Induktivität hängt von der Versorgungsspannung ab. Die PIC-Firmware liest den ADC-Wert und berechnet die optimale Einschaltzeit für den Transistor und die Induktivität (die Perioden-/Tastverhältniswerte der PWM). Es ist möglich, genaue Werte in Ihr PIC einzugeben, aber wenn die Stromversorgung geändert wird, sind die Werte nicht mehr optimal. Bei Batteriebetrieb nimmt die Spannung ab, wenn die Batterien entladen werden, was eine längere Einschaltzeit erforderlich macht. Meine Lösung bestand darin, den PIC all dies berechnen zu lassen und seine eigenen Werte festzulegen. Beide Teiler wurden so ausgelegt, dass der Spannungsbereich deutlich unter der 2,5-Volt-Referenz liegt. Die Versorgungsspannung wird durch einen 100K- und 22K-Widerstand geteilt, was 0,81 bei 4,5 Volt (frische Batterien) bis 0,54 bei 3 Volt (leere Batterien) ergibt. Die Ausgabe/Hochspannung wird durch 100K- und 10K-Widerstände (22K für USB-Ausgang) geteilt. Wir haben den im Nixie SMPS verwendeten Trimmerwiderstand eliminiert. Dies macht die anfängliche Anpassung etwas fleckig, eliminiert jedoch eine große Komponente. Bei 12 Volt Ausgang beträgt die Rückkopplung ungefähr 1 Volt. FET/SwitchFETs sind die Standard-"Schalter" in SMPSs. FETs schalten am effizientesten bei Spannungen, die höher sind als die, die von 3 AA-Batterien geliefert werden. Stattdessen wurde ein Darlington-Transistor verwendet, da es sich um ein stromgeschaltetes Gerät handelt. Der TIP121 hat eine Verstärkung von mindestens 1000 – jeder ähnliche Transistor kann wahrscheinlich verwendet werden. Eine einfache Diode (1N4148) und ein Widerstand (1K) schützen den PIC-PWM-Pin vor jeglicher Streuspannung, die von der Transistorbasis kommt. Inductor CoilIch mag die bei Mouser erhältlichen C&D-Leistungsinduktivitäten sehr. Sie sind klein und spottbillig. Für die USB-Version des Ladegeräts wurde eine 220uH-Induktivität verwendet (22R224C). Die Firewire-Version verwendet eine 680-uH-Induktivität (22R684C). Diese Werte wurden durch Experimente ausgewählt. Theoretisch sollte jeder Wertinduktor funktionieren, wenn die PIC-Firmware richtig konfiguriert ist. In Wirklichkeit aber summte die Spule bei der Firewire-Version mit Werten unter 680uH. Dies hängt wahrscheinlich mit der Verwendung eines Transistors anstelle eines FET als Schalter zusammen. Ich würde mich sehr über fachkundigen Rat in diesem Bereich freuen. Gleichrichterdiode Es wurde ein billiger super/ultraschneller 100 Volt 1 Ampere Gleichrichter von Mouser verwendet (siehe Stückliste). Andere Niederspannungsgleichrichter können verwendet werden. Stellen Sie sicher, dass Ihre Diode eine niedrige Durchlassspannung und eine schnelle Erholung hat (30 ns scheint gut zu funktionieren). Der richtige Schottky sollte gut funktionieren, aber achten Sie auf Hitze, Klingeln und EMI. Joe auf der Switchmode-Mailingliste schlug vor: (website:https://groups.yahoo.com/group/switchmode/) "Ich denke, da Schottkys schneller sind und eine hohe Sperrschichtkapazität haben, wie Sie sagten, könnten Sie etwas mehr Klingeln bekommen und EMI. Aber es wäre effizienter. Hmm, ich frage mich, wenn Sie einen 1N5820 verwenden, könnte der 20-V-Durchbruch Ihre Zener-Diode ersetzen, wenn Sie einen geringen Strom für Ihren iPod benötigen Kondensator speichert Energie für den Induktor. Ein 47uf/63V Elektrolyt und ein 0,1uf/50V Metallfilmkondensator glätten die Ausgangsspannung. Ein 1 Watt 5,1 Volt Zener wird zwischen die Eingangsspannung und Masse gelegt. Bei normalem Gebrauch sollten 3 AAs niemals 5,1 Volt liefern. Wenn es dem Benutzer gelingt, die Platine zu überlasten, klemmt der Zener die Versorgung auf 5,1 Volt. Dies schützt den PIC vor Beschädigungen – bis der Zener durchbrennt. Ein Widerstand könnte das Überbrückungskabel ersetzen, um einen echten Zener-Spannungsregler zu bilden, wäre aber weniger effizient (siehe PCB-Abschnitt). Zum Schutz des iPod wurde eine 24-Volt-Zener-Diode mit 1 Watt zwischen Ausgang und Masse hinzugefügt. Bei normalem Gebrauch sollte diese Diode nichts tun. Wenn etwas schrecklich schief geht (Ausgangsspannung steigt auf 24), sollte diese Diode die Versorgung auf 24 Volt klemmen (deutlich unter dem Firewire-Maximum von 30 Volt). Der verwendete Induktor gibt max. ~0,8 Watt bei 20 Volt aus, daher sollte ein 1-Watt-Zener jede Überspannung ableiten, ohne durchzubrennen.

Schritt 3: PCB

HINWEIS Es gibt zwei PCB-Versionen, eine für eine Zener-/Stabistor-Spannungsreferenz und eine für eine MCP1525-Spannungsreferenz. Die MCP-Version ist die "bevorzugte" Version, die in Zukunft aktualisiert wird. Es wurde nur eine USB-Version mit dem MCP-vref hergestellt. Dies war eine schwierig zu entwerfende Leiterplatte. Nach Abzug des Volumens von 3 AA-Batterien ist der Platz in unserer Dose begrenzt. Die verwendete Dose ist keine echte Altoids-Dose, sondern eine kostenlose Schachtel mit Pfefferminzbonbons, die für eine Website werben. Es sollte ungefähr die gleiche Größe wie eine Altoids-Dose haben. In den Niederlanden waren keine Altoids-Dosen zu finden. Für die 3 AA-Batterien wurde ein Kunststoff-Batteriehalter aus dem örtlichen Elektronikgeschäft verwendet. Leitungen wurden direkt an die Clips darauf gelötet. Die Stromversorgung der Platine erfolgt über die beiden Jumper-Löcher, wodurch die Batterieplatzierung flexibel ist. Eine bessere Lösung könnten einige nette PCB-montierbare Batterieclips sein. Ich habe diese nicht gefunden. Die LED ist um 90 Grad gebogen, um aus einem Loch in der Dose herauszukommen. Der TIP121 ist ebenfalls um 90 Grad gebogen, aber nicht flach gestellt!!!** Unter dem Transistor sind platzsparend eine Diode und zwei Widerstände verlegt. Auf dem Bild sieht man, dass der Transistor gebogen, aber so verlötet ist, dass er einen Zentimeter über den Bauteilen schwebt. Um versehentliche Shorts zu vermeiden, bedecke diesen Bereich mit Heißkleber oder einem Stück dieses gummiartigen Klebematerials. Die Spannungsreferenz MCP1525 befindet sich unter dem TIP121 in der MCP-Version der Platine. Es ist ein sehr effektiver Abstandshalter. Auf der Rückseite wurden 3 Komponenten angebracht: die Entkopplungskappe für den PIC und die beiden großen Zener (24 Volt und 5,1 Volt). Es wird nur ein Überbrückungskabel benötigt (2 für die MCP-Version). Wenn Sie das Gerät nicht kontinuierlich betreiben möchten, schalten Sie einen kleinen Schalter in Reihe mit dem Kabel vom Batteriestrom zur Platine. Auf der Platine wurde kein Schalter montiert, um Platz zu sparen und die Platzierung flexibel zu halten.**Eagle hat eine Routing-Einschränkung für das to-220-Gehäuse, die die Masseebene unterbricht. Ich habe den Bibliothekseditor verwendet, um die b-restrict und andere Ebenen aus dem TIP121-Footprint zu entfernen. Sie könnten auch ein Überbrückungskabel hinzufügen, um dieses Problem zu lösen, wenn Sie wie ich den Eagle-Bibliothekseditor hassen. Die Induktorspule und der auf 220 geänderte Footprint befinden sich in der Eagle-Bibliothek, die im Projektarchiv enthalten ist)C1 0.1uF/10VC2 100uF/25VC3 0.1uF/50VC4 47uF/63V (mouser #140-XRL63V47, $0.10)D1 Gleichrichterdiode SF12 (mouser #821-SF12), $0.22 -oder- andereD2 1N4148 Kleinsignaldiode (mouser #78 -1N4148, $0,03) D3 (Firewire) 24 Volt Zener/1 W (Mouser #512-1N4749A, $0,09)D3 (USB) 5,6 Volt Zener/1 W (Mouser #78-1N4734A, $0,07)D4 5,1 Volt Zener/1W (mouser #78-1N4733A, $0,07)IC1 PIC 12F683 & 8-polige Dip-Buchse (Steckdose optional/empfohlen, ~$1,00 insgesamt) L1 (Firewire) 22R684C 680uH/0,25A Induktorspule (mouser #580-22R684C, $0,59)L1 (USB) 22R224C 220uH/0,49amp Induktorspule (mouser # 580-22R224C, $0,59)LED1 5mm LEDQ1 TIP-121 Darlington-Treiber oder ähnlichR1 100KR2 (Firewire) 10KR2 (USB) 22KR3 100KR4 22KR6 330 OHMR7 10KR8 1KVREF1 Microchip MCP-Version PCB15251 (mouser #579-MCP1525ITO, $0,55) -oder- 2,7 Volt/400mA Zener mit 10K Widerstand (R3) (Zener Referenzversion PCB) -oder- 2 Volt Stabistor mit 10K Widerstand (R3) (Zener Referenzversion PCB)X1 Firewire/ IEEE1394 6-poliger rechtwinkliger, horizontaler Anschluss für Leiterplattenmontage: Kobiconn (Mouser Nr. 154-FWR20, $ 1,85) -oder- EDAC (Mouser Nr. 587-693-006-620-003, $ 0,93)

Schritt 4: FIRMWARE

FIRMWAREVollständige Details der SMPS-Firmware sind in der Nixie SMPS-Anleitung beschrieben. Für alle mathematischen und schmutzigen Details von SMPS lesen Sie meine anweisbare Nixie-Röhren-Aufwärtswandler: (https://www.instructables.com/ex/i/B59D3AD4E2CE10288F99001143E7E506/?ALLSTEPS) Die Firmware ist in MikroBasic geschrieben, der Compiler ist kostenlos für Programme bis zu 2K (https://www.mikroe.com/). Wenn Sie einen PIC-Programmierer benötigen, beachten Sie meine erweiterte JDM2-Programmierplatine, die auch unter instructables veröffentlicht wurde (https://www.instructables.com/ex/i/6D80A0F6DA311028931A001143E7E506 /?ALLSTEPS). Grundlegender Firmware-Betrieb:1. Wenn Strom angelegt wird, startet der PIC.2. PIC verzögert sich um 1 Sekunde, damit sich die Spannungen stabilisieren können.3. PIC liest die Rückkopplung der Versorgungsspannung und berechnet optimale Tastverhältnis- und Periodenwerte.4. PIC protokolliert die ADC-Lese-, Arbeitszyklus- und Periodenwerte im EEPROM. Dies ermöglicht eine gewisse Fehlersuche und hilft bei der Diagnose katastrophaler Fehler. EEPROM-Adresse 0 ist der Schreibzeiger. Bei jedem (Neu-)Start des SMPS wird ein 4-Byte-Log gespeichert. Die ersten 2 Bytes sind ADC High/Low, das dritte Byte sind die unteren 8 Bit des Tastverhältnisses, das vierte Byte ist der Periodenwert. Es werden insgesamt 50 Kalibrierungen (200 Bytes) protokolliert, bevor der Schreibzeiger überrollt und wieder bei EEPROM-Adresse 1 beginnt. Das neueste Protokoll befindet sich bei Zeiger-4. Diese können mit einem PIC-Programmierer aus dem Chip ausgelesen werden. Die oberen 55 Bytes bleiben für zukünftige Erweiterungen frei.5. PIC geht in eine Endlosschleife – der Hochspannungs-Feedbackwert wird gemessen. Wenn er unter dem gewünschten Wert liegt, werden die PWM-Tastverhältnisregister mit dem berechneten Wert geladen - HINWEIS: die unteren beiden Bits sind wichtig und müssen in CPP1CON geladen werden, die oberen 8 Bits gehen in CRP1L. Wenn das Feedback über dem gewünschten Wert liegt, lädt der PIC die Duty-Cycle-Register mit 0. Dies ist ein "Pulse-Skip"-System. Ich habe mich aus zwei Gründen für Pulssprung entschieden: 1) bei so hohen Frequenzen gibt es nicht viel Tastverhältnis (0-107 in unserem Beispiel, viel weniger bei höheren Versorgungsspannungen) und 2) Frequenzmodulation ist möglich, und bietet viel mehr Spielraum für Anpassungen (35-255 in unserem Beispiel), aber IN DER HARDWARE IST NUR DIE ZUSTÄNDIGKEIT DOPPELT GEPUFFERT. Das Ändern der Frequenz während des PWM-Betriebs kann "seltsame" Auswirkungen haben. Änderungen: Die Firmware erhält einige Updates von der Nixie-Röhren-SMPS-Version. 1. Die Stiftverbindungen werden geändert. Eine LED entfällt, eine einzelne LED-Anzeige wird verwendet. Die Pinbelegung wird im Bild angezeigt. Beschreibungen in Rot sind standardmäßige PIC-Pinbelegungen, die nicht geändert werden können. 2. Der Analog-Digital-Wandler bezieht sich jetzt auf eine externe Spannung an Pin 6 und nicht mehr auf die Versorgungsspannung.3. Wenn die Batterien leer werden, ändert sich die Versorgungsspannung. Die neue Firmware führt alle paar Minuten eine Messung der Versorgungsspannung durch und aktualisiert die Einstellungen des Pulsweitenmodulators. Diese "Neukalibrierung" sorgt dafür, dass der Induktor effizient arbeitet, wenn sich die Batterien entladen. 4. Interner Oszillator auf 4 MHz eingestellt, eine sichere Betriebsgeschwindigkeit auf etwa 2,5 Volt ein frisches BILD. Für Anfänger leichter zu verstehen.6. Induktor-Entladezeit (Auszeit) wird jetzt in der Firmware berechnet. Der bisherige Multiplikator (ein Drittel pünktlich) reicht für solch kleine Boosts nicht aus. Die einzige Möglichkeit, die Effizienz während der gesamten Batterieentladung aufrechtzuerhalten, bestand darin, die Firmware zu erweitern, um die wahre Auszeit zu berechnen. Die Modifikationen sind experimentell, wurden aber inzwischen in die endgültige Firmware eingearbeitet. Von TB053 finden wir die Auszeitgleichung: 0=((volts_in-volts_out)/coil_uH)*fall_time + coil_amps Zerkleinern Sie dies zu: fall_time= L_Ipeak/(Volts_out-Volts_in) wobei: L_Ipeak=coil_uH*coil_ampsL_Ipeak ist eine bereits verwendete Konstante in der Firmware (siehe Abschnitt Firmware). Volts_in ist bereits berechnet, um die Einschaltzeit des Induktors zu bestimmen. Volts_out ist eine bekannte Konstante (5/USB oder 12/Firewire). Dies sollte für alle positiven Werte von V_out-V_in funktionieren. Wenn Sie negative Werte erhalten, haben Sie größere Probleme! Alle Gleichungen werden in der Hilfstabelle berechnet, die mit dem NIXIE smps instructable enthalten ist

Schritt 5: KALIBRIERUNG

Mehrere Kalibrierungsschritte helfen Ihnen, das Ladegerät optimal zu nutzen. Ihre Messwerte können meine Werte ersetzen und in die Firmware kompiliert werden. Diese Schritte sind optional (außer Spannungsreferenz), helfen Ihnen jedoch dabei, das Beste aus Ihrem Netzteil herauszuholen. Die Kalkulationstabelle für das iPod-Ladegerät hilft Ihnen bei der Durchführung der Kalibrierungs.const v_out as byte=12 'Ausgangsspannung, um die Ausschaltzeit zu bestimmen, 5 USB, 12 Firewireconst v_ref as float=2.5 '2.5 für MCP1525, 1.72 für meinen Stabistor, ~2.7 für a zener.const supply_ratio as float=5.54 'supply ratio multiplier, kalibrieren für bessere Genauigkeitconst osc_freq as float=4 'oscillator frequencyconst L_Ipeak as float=170 'Spule uH * Spulenampere kontinuierlich (680*0.25=170, abgerundet)const fb_value as word=447 'AusgangsspannungssollwertDiese Werte finden Sie oben im Firmware-Code. Suchen Sie die Werte und stellen Sie sie wie folgt ein:V_outDies ist die Ausgangsspannung, die wir erreichen möchten. Diese Variable ändert die Ausgangsspannung NICHT allein. Dieser Wert wird verwendet, um die Zeitdauer zu bestimmen, die der Induktor benötigt, um vollständig zu entladen. Es handelt sich um eine Verbesserung der USB-Firmware, die auf die Firewire-Version portiert wurde. Geben Sie 12 ein, das ist unsere Firewire-Zielspannung (oder 5 für USB). Ausführliche Informationen zu dieser Ergänzung finden Sie in Firmware:Changes:Step6. v_refDies ist die Spannungsreferenz des ADC. Dies wird benötigt, um die tatsächliche Versorgungsspannung zu bestimmen und die Ladezeit der Induktorspule zu berechnen. Geben Sie 2,5 für den MCP1525 ein oder messen Sie die genaue Spannung. Messen Sie für eine Zener- oder Stabistor-Referenz die genaue Spannung: 1. OHNE DAS PIC EINGESETZT - Verbinden Sie ein Kabel von Masse (Buchse PIN8) mit Buchse Pin 5. Dies verhindert, dass sich die Induktivität und der Transistor erwärmen, während der Strom eingeschaltet ist, aber der PIC ist nicht eingelegt.2. Batterien einlegen/Strom einschalten.3. Mit einem Multimeter die Spannung zwischen dem PIC-Spannungsreferenzpin (Buchse PIN6) und Masse (Buchse Pin8) messen. Mein genauer Wert war 1,7 Volt für den Stabistor und 2,5 Volt für den MSP1525. 4. Geben Sie diesen Wert als v_ref-Konstante in die Firmware ein.supply_ratioDer Versorgungsspannungsteiler besteht aus einem 100K- und 22K-Widerstand. Theoretisch sollte die Rückkopplung gleich der Versorgungsspannung dividiert durch 5,58 sein (siehe Tabelle 1. Berechnungen des Rückspeisenetzwerks für die Versorgungsspannung). In der Praxis haben Widerstände verschiedene Toleranzen und sind keine genauen Werte. Um das genaue Rückkopplungsverhältnis zu ermitteln: 4. Messen Sie die Versorgungsspannung (Supply V) zwischen Buchse Pin 1 und Masse (Buchse Pin 8) oder zwischen den Batterieklemmen.5. Messen Sie die Versorgungsspannung (SFB V) zwischen Buchse Pin 3 und Masse (Buchsenstift 8).6. Versorgung V durch SFB V teilen, um ein genaues Verhältnis zu erhalten. Sie können auch "Tabelle 2. Versorgungsspannungs-Feedback-Kalibrierung" verwenden. 7. Geben Sie diesen Wert als Supply_FB-Konstante in die Firmware.osc_freqEinfach die Oszillatorfrequenz ein. Der interne 8-MHz-Oszillator des 12F683 ist durch 2 geteilt, eine sichere Betriebsgeschwindigkeit von etwa 2,5 Volt. 8. Geben Sie einen Wert von 4. L_Ipeak ein. Multiplizieren Sie die Induktorspule uH mit dem maximalen Dauerstrom, um diesen Wert zu erhalten. Im Beispiel ist der 22r684C eine 680uH-Spule mit einer Nennleistung von 0,25 Ampere kontinuierlich. 680*0,25=170 (bei Bedarf auf eine niedrigere ganze Zahl aufrunden). Das Multiplizieren des Wertes hier eliminiert eine 32-Bit-Gleitkommavariable und eine Berechnung, die ansonsten auf dem PIC durchgeführt werden müsste. Dieser Wert wird in "Tabelle 3: Spulenberechnungen" berechnet. 9. Multiplizieren Sie die Induktorspule uH mit der maximalen Dauerstromstärke: 680uH-Spule mit einer Nennleistung von 0,25 A Dauerstrom = 170 (verwenden Sie die nächstniedrigere ganze Zahl – 170).10. Geben Sie diesen Wert als L_Ipeak-Konstante in die Firmware.fb_value ein. Dies ist der tatsächliche ganzzahlige Wert, den der PIC verwendet, um zu bestimmen, ob der Hochspannungsausgang über oder unter dem gewünschten Wert liegt. Wir müssen dies berechnen, da wir keinen Trimmerwiderstand für die Feineinstellung haben. 11. Verwenden Sie Tabelle 4, um das Verhältnis zwischen Ausgangs- und Rückkopplungsspannung zu bestimmen. (11.0)12. Geben Sie als nächstes dieses Verhältnis und Ihre genaue Spannungsreferenz in "Tabelle 5. Hochspannungs-Rückkopplungs-ADC-Sollwert" ein, um den fb_value zu bestimmen. (447 mit einer 2,5-Volt-Referenz). 13. Nachdem Sie den PIC programmiert haben, testen Sie die Ausgangsspannung. Möglicherweise müssen Sie den Feedback-Sollwert geringfügig anpassen und die Firmware neu kompilieren, bis Sie genau 12 Volt Ausgangsspannung erhalten. Aufgrund dieser Kalibrierung sollten Transistor und Induktivität niemals warm werden. Sie sollten auch kein Klingeln von der Induktorspule hören. Beide Bedingungen weisen auf einen Kalibrierungsfehler hin. Überprüfen Sie das Datenprotokoll im EEPROM, um festzustellen, wo Ihr Problem liegen könnte.

Schritt 6: TESTEN

Es gibt eine Firmware für einen PIC 16F737 und eine kleine VB-Anwendung, mit der Spannungsmessungen über die Lebensdauer der Batterien aufgezeichnet werden können. Das 16F737 sollte an einen seriellen PC-Port mit einem MAX203 angeschlossen werden. Alle 60 Sekunden können Versorgungsspannung, Ausgangsspannung und Referenzspannung auf dem PC protokolliert werden. Es kann ein schönes Diagramm erstellt werden, das jede Spannung während der Ladezeit zeigt. Dieses wurde nie benutzt, da das Ladegerät nie funktionsfähig war. Alles ist auf Funktion verifiziert. Die Test-Firmware und ein kleines Visual Basic-Programm zum Protokollieren der Ausgabe sind im Projektarchiv enthalten. Die Verkabelung überlasse ich dir.

Schritt 7: VARIANTEN: USB

Eine USB-Version ist mit wenigen Modifikationen möglich. USB-Laden ist keine Option für den 3G-iPod, der zum Testen verfügbar ist. USB liefert 5,25-4,75 Volt, unser Ziel sind 5 Volt. Hier sind die Änderungen, die vorgenommen werden müssen: 1. Tauschen Sie einen USB-Anschluss vom Typ 'A' ein (mouser #571-7876161, $ 0,85) 2. Ändern Sie den Ausgangsspannungsteiler (ändern Sie R2 (10 K) auf 22 K).3. Ändern Sie den Ausgangsschutz-Zener (D3) auf 5,6 Volt 1 Watt (Mouser #78-1N4734A, 0,07 $). Ein 5,1-Volt-Zener wäre genauer, aber Zener haben Fehler wie Widerstände. Wenn wir versuchen, ein 5-Volt-Ziel zu erreichen und unser 5,1-Volt-Zener einen Fehler von 10% auf der niedrigen Seite hat, werden alle unsere Bemühungen im Zener verbrennen -22R224C, $0,59). Geben Sie die neuen Kalibrierungskonstanten gemäß dem Kalibrierungsabschnitt ein: Stellen Sie V_out auf 5 Volt ein. Schritt 8&9: L_Ipeak=220*0,49=107,8=107 (bei Bedarf auf die nächstniedrigere ganze Zahl runden).5. Ausgangssollwert ändern, Tabelle 4 und Tabelle 5 in der Tabelle neu berechnen. Tabelle 4 – Geben Sie 5 Volt als Ausgang ein und ersetzen Sie den 10K-Widerstand durch 22K (wie in Schritt 2). Wir stellen fest, dass bei einer Ausgangsspannung von 5 Volt mit einem 100K/22K-Teilernetzwerk die Rückkopplung (E1) 0,9 Volt beträgt. Nehmen Sie als Nächstes Änderungen an der Spannungsreferenz in Tabelle 5 vor und ermitteln Sie den ADC-Sollwert. Bei einer 2,5-Volt-Referenz (MCP1525) beträgt der Sollwert 369.6. Sample-Konstanten für die USB-Version: const v_out as byte=5 'Ausgangsspannung zur Ermittlung der Ausschaltzeit, 5 USB, 12 Firewireconst v_ref as float=2.5 '2.5 für MCP1525, 1.72 für meinen Stabistor, ~2.7 für einen zener.const supply_ratio as float=5.54 'Supply Ratio Multiplier, kalibrieren für bessere Genauigkeitconst osc_freq as float=4 'Oszillatorfrequenzconst L_Ipeak as float=107 'Spule uH * Spulenampere kontinuierlich (220*0.49=.) 107, round down)const fb_value as word=369 'AusgangsspannungssollwertFirmware und PCB für die USB-Version sind im Projektarchiv enthalten. Nur die MCP-Spannungsreferenzversion wurde auf USB umgestellt.