Ainda outro SMPS de impulso regulamentado menor (sem SMD): 8 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Nome completo do projeto:

Mais uma fonte de alimentação de modo de comutação de conversor CC para CC com o menor impulso regulado do mundo usando THT (através da tecnologia de orifício) e nenhum SMD (dispositivo montado em superfície)

OK, ok, você me pegou. Talvez não seja menor do que este criado pela empresa Murata Manufacturing, mas definitivamente algo que você pode construir por você mesmo em casa usando ferramentas e elementos comumente acessíveis.

Minha ideia era criar uma fonte de alimentação comutada compacta para meus pequenos projetos baseados em microcontroladores.

Este projeto também é uma espécie de tutorial sobre como criar caminhos em uma placa de circuito impresso usando fio sólido em vez de criar caminhos com solda.

Vamos fazê-lo!

Etapa 1: Design

Você pode encontrar muitos designs personalizados de fontes de alimentação de bolso, mas a maioria deles eu encontrei 2 maiores desvantagens:

• Eles são fontes de alimentação lineares, o que significa que não são muito eficientes,
• Eles não são regulados ou regulados em etapas

Meu conversor elevador é uma fonte de alimentação comutada com uma tensão de saída regulada suave (via resistor regulado). Se você quiser ler mais, há um excelente documento em microchip.com que mostra diferentes arquiteturas, prós e contras do uso de SMPSs.

Como um chip IC base para minha fonte de alimentação comutada, escolhi o chip MC34063, muito popular e comumente disponível. Ele pode ser usado para construir conversor abaixador (buck), ascendente (boost) ou inversor de tensão apenas adicionando alguns elementos externos. Uma boa explicação de como projetar SMPS usando MC34063 foi feita por Dave Jones em seu vídeo no YouTube. Recomendo fortemente que você observe e siga os cálculos dos valores de cada elemento.

Se você não quiser fazer isso manualmente, pode usar a calculadora online do MC34063 para atender às suas necessidades. Você pode usar este de Madis Kaal ou aquele projetado para tensões mais altas em changpuak.ch.

Eu escolhi elementos apenas seguindo os cálculos:

Eu escolhi os maiores capacitores que cabem na placa. Os capacitores de entrada e saída são 220µF 16V. I Você precisa de uma tensão de saída mais alta ou precisa de uma tensão de entrada mais alta, escolha os capacitores que se encaixam

• Indutor L: 100µH, esse foi o único que consegui com o tamanho do próprio chip.
• Usei o diodo 1N4001 (1A, 50V) em vez de um diodo Shotky. A freqüência de chaveamento deste diodo é 15kHz, que é menor do que a minha freqüência de chaveamento que usei, mas de alguma forma todo o circuito funciona bem.
• Capacitor de comutação Ct: 1nF (dá frequência de comutação ~ 26 kHz)
• Resistor de proteção de corrente Rsc: 0,22Ω
• Resistor variável que representa a relação de resistência R2 a R1: 20kΩ

Pontas

• Escolha a frequência de chaveamento (escolhendo o capacitor de chaveamento adequado) em uma faixa de Seu diodo (escolhendo o diodo de Shotky em vez de um de uso geral).
• Escolha os capacitores com mais tensão máxima do que você deseja fornecer como entrada (capacitor de entrada) ou obtenha na saída (capacitor de saída). Por exemplo. Capacitor de 16 V na entrada (com maior capacitância) e capacitor de 50 V na saída (com menos capacitância), mas ambos relativamente do mesmo tamanho.

Etapa 2: Materiais e Ferramentas

Materiais que usei, mas os valores exatos dependem fortemente de suas necessidades:

• Chip MC34063 (Amazon)
• Capacitor de comutação: 1nF
• Capacitor de entrada: 16V, 220µF
• Capacitor de saída: 16 V, 220 µF (eu recomendo 50 V, 4,7 µF)
• Diodo de comutação rápida: 1N4001 (alguns diodos Shotky são muito mais rápidos)
• Resistor: 180Ω (valor arbitrário)
• Resistor: 0,22Ω
• Resistor variável: 0-20kΩ, mas você pode usar 0-50kΩ
• Indutor: 100µH
• Placa de protótipo PCB (BangGood.com)
• Alguns cabos curtos

Ferramentas necessárias:

• Estação de solda (e utilitários ao redor dela: fio de solda, resina se necessário, algo para limpar uma ponta, etc …)
• Alicates, alicates diagonais / cortadores laterais
• Serra ou ferramenta rotativa para cortar a placa
• Arquivo
• Fita adesiva (sim, como ferramenta, não como material)
• Vocês

Etapa 3: Colocando Elementos - Início

Eu gasto muito tempo organizando os elementos no quadro em tal configuração, para que ocupe o mínimo de espaço possível. Depois de muitas tentativas e fracassos, este projeto apresenta o que eu acabei fazendo. Neste momento, acho que este é o posicionamento ideal de elementos usando apenas um lado do tabuleiro.

Eu estava pensando em colocar elementos em ambos os lados, mas então:

• soldar seria muito complicado
• Na verdade, não ocupa menos espaço
• O SMPS teria alguma forma irregular, tornando sua montagem, e. um bog ou em uma bateria de 9V muito difícil de alcançar

Para conectar os nós, usei uma técnica de usar um fio desencapado, dobre-o na forma esperada de um caminho e, em seguida, solde-o à placa. Eu prefiro essa técnica em vez de usar uma solda, por causa de:

• Usar solda para "conectar os pontos" em uma placa de circuito impresso eu considero uma loucura e, de alguma forma, inadequada. Hoje em dia o fio de solda contém uma resina que é usada para desoxidar a solda e a superfície. Mas usar a solda como construtor de caminho, faz com que a resina vaporize e deixe algumas partes oxidadas expostas, o que não considero muito bom para o circuito em si.
• No PCB que usei, ligar 2 "pontos" com uma solda é quase impossível. A solda adere aos "pontos" sem fazer uma conexão intencional entre eles. Se você usar o PCB onde os "pontos" são feitos de cobre e estão muito próximos uns dos outros, parece mais fácil fazer as conexões.
• Usar solda para criar caminhos usa apenas … muita solda. Usar um fio é apenas menos "caro".
• Em caso de erro, pode ser muito difícil remover o caminho de solda antigo e substituí-lo por um novo. Usar o caminho de arame é uma tarefa relativamente mais fácil.
• O uso de fios torna a conexão muito mais confiável.

A desvantagem é que leva mais tempo para moldar o fio e soldá-lo. Mas se você conseguir alguma experiência, não será mais uma tarefa difícil. Pelo menos eu costumava fazer isso.

Pontas

• A regra principal para colocar os elementos é cortar as pernas excessivas do outro lado do tabuleiro, o mais próximo possível do tabuleiro. Isso nos ajudará mais tarde, quando colocaremos o fio para construir caminhos.
• Não use as pernas do elemento para criar caminhos. Geralmente é uma boa ideia fazer isso, mas se você cometer um erro ou se Seu elemento precisar ser substituído (por exemplo, se estiver quebrado), será realmente difícil fazê-lo. Você precisará cortar o fio condutor de qualquer maneira e, como as pernas estão dobradas, pode ser um desafio retirar o elemento da placa.
• Tente construir caminhos de dentro para fora do circuito ou de um lado para o outro. Tente evitar a situação, quando você precisa criar um caminho, mas outros caminhos ao redor já foram criados. Pode ser difícil segurar o fio do caminho.
• Não corte o fio do caminho no comprimento / formato final antes de soldar. Pegue o fio do caminho mais longo, modele-o, use uma fita para segurar o fio do caminho na placa, solde-o e, finalmente, corte-o em um ponto desejado (veja as fotos).

Etapa 4: Colocando Elementos - Tarefa Principal

Basta seguir o esquema e colocar o elemento um a um, cortando as pernas excessivas, soldar o mais próximo possível da placa, dar forma ao fio-condutor, soldar e cortar. Repita com outro elemento.

Gorjeta:

Você pode conferir nas fotos como coloquei cada elemento. Tente apenas seguir o esquema fornecido. Em alguns circuitos complexos que lidam com altas frequências, etc., os indutores são colocados separados na placa devido ao campo magnético que pode interferir com outros elementos. Mas em nosso projeto simplesmente não nos importamos com este caso. É por isso que coloquei o indutor diretamente em cima do chip MC34063 e não me importo com quaisquer interferências

Etapa 5: Cortando a placa

Você precisa saber antes, que as placas de PCB são realmente difíceis e por isso são difíceis de cortar. Tentei primeiro usar uma ferramenta rotativa (foto). A linha de corte é muito lisa, mas demorou muito para cortá-la. Decidi mudar para uma serra normal para cortar metal e, no geral, estava funcionando bem.

Pontas:

• Corte a placa antes de soldar todos os elementos. Primeiro coloque todos os elementos (sem solda), marque os pontos de corte, remova todos os elementos, corte a placa e depois coloque os elementos de volta e solde-os. Durante o corte, é necessário cuidar dos elementos já soldados.
• Eu preferiria usar uma serra em vez de uma ferramenta rotativa, mas provavelmente é uma coisa individual.

Etapa 6: Modelagem

Após o corte, usei uma lima para alisar as bordas e arredondar os cantos.

O tamanho final da prancha foi de 2,5 cm de comprimento, 2 cm de largura e 1,5 cm de altura.

O projeto em sua forma aproximada está concluído. Hora de testar …

Etapa 7: Operação de teste

Liguei a placa a uma faixa de LED (12 LEDs) que precisa de fonte de alimentação de 12V. Configurei a entrada de 5 V (privilegiada pela porta USB) e usando o resistor regulado configuro a saída de 12 V. Funciona perfeitamente. Por causa da corrente consumida relativamente alta, o chip MC34063 estava esquentando. Saí do circuito com a tarja de LED acesa por alguns minutos e ficou estável.

Etapa 8: Resultado final

Considero um grande sucesso que um SMPS tão pequeno possa alimentar esse tipo de dispositivo de desenho de corrente como 12 LEDs.