Nog een kleinste gereguleerde boost SMPS (geen SMD): 8 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Volledige projectnaam:

Nog een andere werelds kleinste gereguleerde boost DC naar DC converter schakelende voeding met THT (through hole technologie) en geen SMD (surfacemounted device)

Oké, oké, je hebt me. Misschien is het niet kleiner dan deze gemaakt door het bedrijf Murata Manufacturing, maar zeker iets dat je thuis zelf kunt bouwen met behulp van algemeen toegankelijke elementen en hulpmiddelen.

Mijn idee was om een compacte schakelende voeding te maken voor mijn kleine op microcontrollers gebaseerde projecten.

Dit project is ook een soort tutorial om paden op een PCB te maken met massieve draad in plaats van paden te bouwen met soldeer.

Laten we het doen!

Stap 1: Ontwerp

Je kunt veel aangepaste ontwerpen voor voedingen in zakformaat vinden, maar de meeste waarvan ik vond dat ze 2 grootste nadelen hadden:

• Het zijn lineaire voedingen, wat betekent dat ze niet erg efficiënt zijn,
• Ze zijn ofwel niet gereguleerd of gereguleerd in stappen

Mijn step-up converter is een schakelende voeding met een soepel gereguleerde uitgangsspanning (via gereguleerde weerstand). Als je meer wilt lezen, er is een uitstekend document op microchip.com waarin verschillende architecturen, voor- en nadelen van het gebruik van SMPS'en worden uitgelegd.

Als basis-IC-chip voor mijn schakelende voeding heb ik de zeer populaire en algemeen verkrijgbare chip MC34063 gekozen. Het kan worden gebruikt om step-down (buck), step-up (boost) converter of spanningsomvormer te bouwen door gewoon wat externe elementen toe te voegen. Zeer mooie uitleg hoe SMPS te ontwerpen met behulp van MC34063 werd gedaan door Dave Jones in zijn YouTube-video. Ik raad u ten zeerste aan om het te bekijken en de berekeningen voor waarden van elk element te volgen.

Als u het niet handmatig wilt doen, kunt u de online rekenmachine voor MC34063 gebruiken om aan uw behoeften te voldoen. Je kunt deze van Madis Kaal gebruiken of degene die is ontworpen voor hogere spanningen op changpuak.ch.

Ik heb elementen gekozen die zich slechts ruwweg aan de berekeningen hielden:

Ik koos de grootste condensatoren die op het bord konden passen. Ingangs- en uitgangscondensatoren zijn 220 µF 16V. I U hebt een hogere uitgangsspanning of een hogere ingangsspanning nodig, kies condensatoren die passen

• Inductor L: 100µH, dit was de enige die ik kreeg met de grootte van de chip zelf.
• Ik gebruikte diode 1N4001 (1A, 50V) in plaats van een Shotky-diode. De schakelfrequentie van deze diode is 15 kHz, wat minder is dan mijn schakelfrequentie die ik gebruikte, maar op de een of andere manier werkt het hele circuit prima.
• Schakelcondensator Ct: 1nF (het geeft schakelfrequentie ~26kHz)
• Huidige beschermingsweerstand Rsc: 0.22Ω
• Variabele weerstand die de weerstandsverhouding R2 tot R1 vertegenwoordigt: 20kΩ

Tips

• Kies de schakelfrequentie (door de juiste schakelcondensator te kiezen) in een reeks van uw diode (door de diode van Shotky te kiezen in plaats van een voor algemene doeleinden).
• Kies de condensatoren met meer maximale spanning dan je wilt leveren als ingang (ingangscondensator) of stap op de uitgang (uitgangscondensator). bijv. 16V condensator op de ingang (met hogere capaciteit) en 50V condensator op de uitgang (met minder capaciteit), maar beide relatief even groot.

Stap 2: Materialen en gereedschappen

Materialen die ik heb gebruikt, maar exacte waarden zijn sterk afhankelijk van uw behoeften:

• Chip MC34063 (Amazone)
• Schakelcondensator: 1nF
• Ingangscondensator: 16V, 220µF
• Uitgangscondensator: 16V, 220µF (ik raad 50V, 4.7µF aan)
• Snelle schakeldiode: 1N4001 (Sommige Shotky-diodes zijn veel sneller)
• Weerstand: 180Ω (willekeurige waarde)
• Weerstand: 0.22Ω
• Variabele weerstand: 0-20kΩ, maar u kunt 0-50kΩ gebruiken
• Spoel: 100µH
• Prototype printplaat (BangGood.com)
• Enkele korte kabels

Gereedschap nodig:

• Soldeerstation (en hulpprogramma's eromheen: soldeerdraad, hars indien nodig, iets om een punt schoon te maken, enz …)
• Tang, zijkniptang/zijkniptang
• Zaag of roterend gereedschap om het bord te snijden
• Bestand
• Duct tape (ja, als hulpmiddel, niet als materiaal)
• Jij

Stap 3: Elementen plaatsen - Begin

Ik besteed veel tijd aan het ordenen van elementen op het bord in een dergelijke configuratie, zodat het zo min mogelijk ruimte in beslag neemt. Na veel pogingen en mislukkingen, presenteert dit project waar ik mee ben geëindigd. Op dit moment denk ik dat dit de meest optimale plaatsing van elementen is met slechts 1 kant van het bord.

Ik overwoog om elementen aan beide kanten te plaatsen, maar toen:

• solderen zou echt ingewikkeld zijn
• Het neemt niet echt minder ruimte in beslag
• SMPS zou een onregelmatige vorm hebben, waardoor het in b.v. een moeras of op een 9V-batterij heel moeilijk te bereiken

Om knooppunten met elkaar te verbinden, gebruikte ik een techniek om een blote draad te gebruiken, deze in een verwachte vorm van een pad te buigen en deze vervolgens op het bord te solderen. Ik geef de voorkeur aan deze techniek in plaats van het gebruik van een soldeer, vanwege:

• Het gebruik van soldeer om de punten op een PCB te "verbinden" vind ik gek en op de een of andere manier ongepast. Tegenwoordig bevat soldeerdraad een hars die wordt gebruikt om het soldeer en het oppervlak te deoxideren. Maar door soldeer als padbouwer te gebruiken, verdampt de hars en blijven sommige geoxideerde delen zichtbaar, wat ik niet zo goed vind voor het circuit zelf.
• Op de PCB die ik gebruikte, is het koppelen van 2 "dots" met een soldeer gewoon bijna onmogelijk. Soldeer plakt aan "punten" zonder een bedoelde verbinding tussen hen te maken. Als je de print gebruikt waar "dots" van koper zijn gemaakt en ze liggen heel dicht bij elkaar, dan lijkt het makkelijker om een verbinding te maken.
• Het gebruik van soldeer om paden te maken gebruikt gewoon … te veel soldeer. Het gebruik van een draad is gewoon minder "duur".
• In het geval van een fout kan het heel moeilijk zijn om het oude soldeerpad te verwijderen en door een nieuw te vervangen. Met behulp van wire-path is het een relatief veel eenvoudigere taak.
• Het gebruik van draden maakt een veel betrouwbaardere verbinding.

Het nadeel is dat het meer tijd kost om de draad te vormen en te solderen. Maar als je wat ervaring opdoet, is het geen moeilijke taak meer. Ik ben er in ieder geval gewoon aan gewend.

Tips

• Hoofdregel om de elementen te plaatsen is om de overtollige poten aan de andere kant van het bord te snijden, zo dicht mogelijk bij het bord. Het zal ons later helpen wanneer we de draad zullen plaatsen om paden te bouwen.
• Gebruik de poten van het element niet om paden te maken. Over het algemeen is het een goed idee om het te doen, maar als je een fout maakt, of als je element moet worden vervangen (het is bijvoorbeeld kapot), dan is het echt moeilijk om het te doen. Je zult de paddraad toch moeten doorknippen en omdat de poten gebogen zijn, kan het een uitdaging zijn om het element uit het bord te trekken.
• Probeer paden te bouwen van de binnenkant van het circuit naar de buitenkant, of van de ene kant naar de andere. Probeer situaties te vermijden waarin u een pad moet maken, maar er zijn al andere paden in de buurt gemaakt. Het kan moeilijk zijn om de paddraad vast te houden.
• Knip de baandraad niet af tot de uiteindelijke lengte/vorm voordat u gaat solderen. Neem een langere baandraad, vorm deze, gebruik een tape om de baandraad in een positie op het bord te houden, soldeer deze en knip hem tenslotte af op een gewenste punt (zie foto's).

Stap 4: Elementen plaatsen - Hoofdtaak

Je hoeft alleen maar het schema te volgen en het element één voor één te plaatsen, de overtollige poten af te snijden, het zo dicht mogelijk bij het bord te solderen, de paddraad te vormen, te solderen en te knippen. Herhaal met een ander element.

Tip:

Je kunt op een foto zien hoe ik elk element heb geplaatst. Probeer gewoon het verstrekte schema te volgen. In sommige complexe circuits die te maken hebben met hoge frequenties, enz., worden inductoren gescheiden op het bord geplaatst vanwege een magnetisch veld dat andere elementen kan verstoren. Maar in ons project geven we niet om deze zaak. Daarom heb ik de inductor gewoon direct op de MC34063-chip geplaatst en ik geef niet om eventuele interferenties

Stap 5: Het bord snijden

U moet eerst weten dat printplaten erg hard zijn en daardoor moeilijk te snijden. Ik probeerde eerst een roterend gereedschap te gebruiken (foto). De snijlijn is erg glad, maar het duurde erg lang om het te snijden. Ik besloot over te stappen op een gewone zaag om metaal te zagen en voor mij werkte het over het algemeen goed.

Tips:

• Snijd het bord voordat u alle elementen soldeert. Plaats eerst alle elementen (niet solderen), markeer snijpunten, verwijder alle elementen, knip het bord af en plaats dan elementen terug en soldeer ze. Tijdens het snijden moet u zorgen voor reeds gesoldeerde elementen.
• Ik zou liever een zaag gebruiken in plaats van een roterend gereedschap, maar dit is waarschijnlijk een individuele zaak.

Stap 6: Vormgeven

Na het snijden heb ik een vijl gebruikt om de randen glad te maken en de hoeken af te ronden.

De uiteindelijke afmeting van het bord was 2,5 cm lang, 2 cm breed en 1,5 cm hoog.

Het project in zijn ruwe vorm is klaar. Tijd om te testen…

Stap 7: werking testen

Ik heb het bord aangesloten op een LED-strip (12 LED's) die 12V-voeding nodig heeft. Ik stel de 5V-ingang in (geleverd door de USB-poort) en met behulp van een gereguleerde weerstand stel ik de 12V-uitgang in. Het werkt perfect. Vanwege de relatief hoge stroom die werd getrokken, werd de MC34063-chip warm. Ik verliet het circuit met LED-strip voor enkele minuten en het was stabiel.

Stap 8: Eindresultaat

Ik beschouw het als een groot succes dat zo'n kleine SMPS dit soort stroomtrekkende dingen zoals 12 LED's kan aandrijven.