Fonte de alimentação de tábua de pão DIY: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Sempre quis uma fonte de alimentação portátil feita especialmente para placas de ensaio. Como não o encontro à venda, tive que fazer o meu. Eu convido você a fazer o mesmo.

PCB patrocinado pela JLCPCB. $ 2 para PCBs e frete grátis Primeiro pedido:

Recursos:

• Saídas 5V 1A.
• É plugado em qualquer placa de ensaio padrão de 400 ou 830 pontos.
• Carregador com proteção contra sobrecarga, descarga excessiva e sobrecorrente.
• Indicador de bateria com LED bicolor (verde 50-100%, amarelo 20-50%, vermelho 0-20%).
• Baixa ondulação / saída de ruído com diodo de supressão.

Etapa 1: Materiais

Materiais principais:

• Bateria de íons de lítio 18650. Peguei o meu de um laptop quebrado. Usei uma para este projeto para fazer tudo o mais compacto / leve possível, mas você pode usar duas baterias em paralelo para aumentar a capacidade. Se você usar duas baterias certifique-se de que sejam 100% da mesma marca, modelo, idade / desgaste e capacidade, e que tenham uma carga semelhante no momento em que são conectadas. Compre aqui:
• Módulo carregador TP4056 com proteção de bateria. Existe uma versão sem proteção de bateria que você não deve comprar. Certifique-se de comprar aquele que possui 6 conexões, exatamente como na foto. Compre aqui:
• Módulo conversor de reforço MT3608. Possui um potenciômetro para selecionar a tensão. Neste caso eu escolho 5V. Compre aqui:
• Botão de travamento automático avaliado em 3A / 125V com orifício de 12 mm de diâmetro. Compre aqui:
• Capacitor eletrolítico 470µF 25V. Isso reduz a queda de tensão quando introduzimos uma carga considerável. Compre aqui:
• Capacitor de cerâmica 100nF. Reduz a ondulação / ruído de alta frequência. Compre aqui:
• Capacitor de cerâmica 1nF. Reduz a ondulação / ruído de frequência muito alta. Compre aqui:
• Diodo Schottky 1A 40V. Isso é para proteger os componentes conectados na placa de ensaio de picos de alta tensão causados por qualquer bobina no circuito. Compre aqui:
• Perfboard 2x8cm. Compre aqui:
• Conector macho X2 de duas carreiras 2x3 de 2,54 mm. Alguns nanos arduino baratos vêm com estes e eu normalmente não os soldo, então os levei para este projeto. Você pode comprá-los com ângulo de 90 graus que pode ser a melhor opção para facilitar a instalação. Compre aqui:

• Epóxi:

Observação: como associado da Amazon, ganho com compras qualificadas.

Materiais para indicador de bateria (opcional):

• LED bicolor de 3 mm (vermelho-verde). Coloquei diagramas e arquivos gerber de PCB para LEDs de ânodo e cátodo comuns para que ambos funcionassem. Apenas certifique-se de que tem difusão suficiente para que ao girar os dois LEDs ao mesmo tempo resulte em uma cor amarela uniforme. Existem muitos LEDs bicolores de má qualidade em que ambas as cores não se misturam bem. Compre aqui:
• Amplificador operacional NE5532P. Compre aqui:
• Transistor NPN S8050. Praticamente qualquer transistor NPN funcionaria, no entanto. Compre aqui:

• Resistores (1% de 1 / 4W ou 1 / 8W):

  • R1: 6,2 K para o lado negativo do divisor de tensão para o amplificador operacional 2IN + que controla quando o LED vermelho liga. Compre aqui:
  • R2: 2,2K para o lado positivo do divisor de tensão para o amplificador operacional 2IN + que controla quando o LED vermelho liga. Compre um kit de resistor que inclua este valor e a maioria dos outros:
  • R3: 51K para o feedback para alterar a tensão de referência quando o LED vermelho liga para ter uma transição sólida.
  • R4: 2K para LED vermelho. Este valor pode ser diferente dependendo do seu LED.
  • R5: 6,8K para o lado negativo do divisor de tensão para o amplificador operacional 1IN- que controla quando o LED verde se apaga.
  • R6: 2.7K para o lado positivo do divisor de tensão para o amplificador operacional 1IN- que controla quando o LED verde se apaga. Compre aqui:
  • R7: 100K para o feedback para alterar a tensão de referência quando o LED verde se DESLIGA para ter uma transição sólida.
  • R8: 100 para LED verde. Este valor pode ser diferente dependendo do seu LED.
  • R9: 5.1K para a entrada do transistor. O transistor NPN funciona como um inversor para a saída para que o feedback tenha a polaridade correta.
  • R10: pull-down 2K para a entrada do transistor.

Nota: Todos os valores do resistor para os divisores de tensão e feedback são muito críticos para atingir o resultado desejado. Se você alterar um valor de resistor, você pode querer alterar outros resistores para compensar. Ou se você deseja alterar intencionalmente a tensão onde os LEDs são LIGADOS / DESLIGADOS, você pode fazer isso alterando os valores desses resistores.

Materiais opcionais:

• Ânodo comum LED bicolor de 3 mm (vermelho-verde) para o indicador do carregador. O módulo do carregador possui dois LEDs integrados: um vermelho para indicar que está carregando; e um azul para indicar que o processo de carregamento terminou. Este LED bicolor pode substituir os LEDs se você quiser. Compre aqui:
• Resistência de 2,2K para substituir o R3 no módulo do carregador para definir a corrente de carga máxima para cerca de 500mA, em vez de 1A por padrão. É um resistor de montagem em superfície, mas como eu só compro resistores passantes, usei-o.

Etapa 2: Preparação

Antes de soldar qualquer coisa teste todos os componentes, especialmente os módulos.

O conversor boost possui um potenciômetro para selecionar a tensão de saída. Certifique-se de deixá-lo em 5 V antes de soldar em outros componentes, porque você não quer que ele seja configurado para alta tensão ao ligá-lo pela primeira vez com tudo conectado. Você pode explodir o capacitor eletrolítico ou queimar o amplificador operacional no indicador da bateria. Para ajustar o conversor boost, você deve conectá-lo à bateria e a um multímetro. Gire no sentido horário para diminuir a tensão; gire no sentido anti-horário para aumentar a tensão.

Se você planeja fazer algumas modificações no módulo do carregador, faça-o agora antes de conectar a outros componentes. Fiz três modificações. Primeiro, substituo o resistor R3 para 2,2K para definir a corrente de carga máxima para cerca de 500mA, em vez de 1A que é o padrão. O motivo é que o IC fica muito quente durante o carregamento. Queria diminuir a temperatura reduzindo a corrente de carga. Claro que leva mais tempo para carregar a bateria, mas na minha opinião é rápido o suficiente.

A segunda modificação foi substituir os dois indicadores de LEDs por um ânodo comum de LED bicolor (vermelho-verde). Fiz isso para ter uma aparência melhor e caber no meu design, mas você não precisa fazer isso.

E a última coisa que fiz com o módulo do carregador foi reforçar a solda nas laterais do conector micro USB. Este conector é suscetível de frenagem, então eu recomendo adicionar mais solda entre o revestimento de metal do conector e a placa de circuito impresso. Eu não mexeria com as conexões elétricas reais na parte de trás, no entanto. Tenha cuidado para não adicionar muita solda, pois ela pode entrar no conector e danificá-la.

Já vi adaptadores de energia para placas de ensaio (sem baterias) que se conectam na extremidade da placa de ensaio e você poderia pegar esse design se quiser, mas geralmente coloco nanos arduino em ambas as extremidades das placas de ensaio e não queria qualquer coisa bloqueando seu conector USB.

Etapa 3: Indicador de bateria (opcional)

Eu projetei um indicador de bateria muito básico com um LED bicolor (vermelho-verde) que brilha em verde quando a bateria está a 50% (3,64 V) ou mais; fica amarelo quando está entre 50% e 20% (3,64 V - 3,50 V); e vermelho quando está abaixo de 20% (3,50 V). Ele usa um amplificador operacional para criar dois gatilhos schmitt para evitar que os LEDs pisquem no limite.

Eu queria ser muito compacto, então recomendo usar meu layout. Ou melhor ainda, carregue meu arquivo gerber e solicite meu PCB personalizado em um site como JLCPCB.com. Dessa forma, você só precisa soldar os componentes sem lidar com as conexões no PCB. No momento, eles têm uma promoção onde você pode comprar 10 PCBs pequenos por 2 dólares e frete grátis para o primeiro pedido.

Eu desenho os PCBs no easyEDA, portanto, você pode carregar o projeto e até mesmo alterar o layout da maneira que quiser.

Cátodo comum de LED bicolor:

Ânodo comum de LED bicolor:

Etapa 4: Montagem

Solde primeiro os 3 capacitores à saída do conversor de reforço. Esses capacitores ajudam a reduzir qualquer ondulação e ruído causado pelo conversor boost ou pelas cargas na saída. Eu sugiro instalá-los. Se você não tiver esses valores exatos, coloque valores semelhantes.

Depois de testar o circuito principal, corte a perfboard de 2x8 cm para abrir espaço para os pinos que algumas placas de ensaio têm nas laterais. Se você não fizer isso, seu banco de bateria não será compatível com alguns tipos de protoboard, pelo menos não sem conectar os trilhos de alimentação ao contrário. Nem todas as placas de ensaio têm os pinos do mesmo lado, e algumas até têm 4 pinos em vez do tradicional 3. Se você optar por projetar o banco de bateria para ser conectado nas extremidades das placas de ensaio, ainda pode ser necessário abrir espaço para os pinos que algumas placas de ensaio têm nessas extremidades também.

Coloque os pinos 2x3 machos em uma placa de ensaio para usar como um guia para soldá-los à perfboard na posição correta.

Adicione o diodo Schottky (1A 40V ou mais) na saída. Este diodo protege qualquer componente conectado no barramento de alimentação de picos de alta tensão causados por bobinas como relés, motores, indutores, solenóides, etc. Certifique-se de que o lado negativo do diodo (linha branca) vá para o lado positivo da saída.

Para a caixa / capa usei papelão preto. Não é a melhor escolha porque é inflamável, mas você pode usar o que quiser.

Etapa 5: Conclusão

Algumas dicas importantes:

• Não use o banco de energia durante o carregamento. O processo de carregamento desativa alguns recursos de proteção que podem danificar a bateria e a carga pode causar uma situação de sobrecarga. Além disso, ter a proteção contra sobrecorrente desativada pode danificar até mesmo a placa de ensaio em si.
• A proteção de sobrecorrente reage muito rápido, cortando a energia quando detecta um curto-circuito. Para redefinir isso, desligue a energia por cerca de 3 segundos.

Dados relevantes:

Estes são os resultados de alguns dos meus testes. Pode ser diferente do seu, mas você pode usá-lo como referência do que esperar:

• Tempo de carregamento de vazio a cheio (a 560mA): 4:30 horas.
• Com uma carga de 50mA, uma bateria completa durava 23 horas e 17 minutos.
• Com uma carga de 500mA, uma bateria completa durava 2 horas e 21 minutos. Isso é cerca de 1630mAh na saída.
• Observei uma queda máxima de tensão constante na saída de 0,03 V quando conectado a uma carga de 500 mA, então, no geral, ele produz 5 V muito estável. Já vi outros conversores de reforço menores onde eles reduzem a tensão em 0,7 V abaixo de 5 V (4,3 V), o que considero inaceitável.
• As tensões para o indicador de bateria são definidas em cerca de 50% = 3,64 V, 20% = 3,50 V. O feedback muda o valor para +/- 0,7 V. Você pode tentar diferentes valores de resistor para alterar as tensões onde os LEDs ligam / desligam, mas meus valores recomendados são baseados em meus testes e cálculos, e eles devem se aplicar à maioria das baterias 18650.

É possível usar duas baterias em paralelo para dobrar a capacidade. Eu fiz essa versão também, mas obviamente é maior e mais pesada, então não é minha primeira escolha. Você decide qual versão construir.

É isso. Se você tiver alguma dúvida, me avise.

Boa sorte.