Alimentation à tension variable USB : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

J'ai eu une idée pour une alimentation variable alimentée par USB depuis un certain temps. Au fur et à mesure que je l'ai conçu, je l'ai rendu un peu plus polyvalent en permettant non seulement une entrée USB, mais n'importe quoi de 3 VDC à 8 VDC via une prise USB ou via des prises banane. La sortie utilise le type de prise que vous verriez dans une verrue murale et deux prises bananes. Si vous y alimentez 5 volts, vous pouvez faire varier la sortie de 1,3 volts à 20 volts légèrement chargés avec des tensions inférieures jusqu'à 200 mA. L'avant comporte un affichage numérique qui affiche les volts et le courant allant à la charge. Dans l'image ci-dessus, je fournis un mini oscilloscope avec 9 volts à 120 mA à partir de l'alimentation USB 5 volts d'un terminal USB d'ordinateur portable.

Fournitures:

les pièces

(1) résistance de 240 ohms, 1/4 watt

(1) résistance de 67 k, 1/4 watt

(2) résistances de 4,7 k 1/4 watt

(3) résistances 1 k, 1/4 watt

(3) transistors 2N3904

(1) IRF520 Mosfet ou équivalent

(2) diodes de commutation 1N914

(1) diode 1N4007

(2) condensateurs céramiques de 0,01 uF (le schéma indique 8 nF ou 0,008 uF mais 0,01 uF est plus facile à obtenir)

(2) condensateurs électrolytiques 10 uF, 50 volts

(1) condensateur électrolytique 470 uF 50 volts

(1) inducteur 56 uH (peut être enroulé sur un petit tore si désiré)

(1) pot de garniture 100k

(1) potentiomètre 5k 1/2 watt, cône linéaire

(1) puce IC régulateur de tension IC LM317

(4) prises banane (mâle)

(1) prise USB de taille standard (mâle)

(1) module ampèremètre voltmètre numérique

(1) Boîtier

(1) Carte de perf ou de prototypage

(1) bouton noir avec serre-vis

Gaine thermorétractable

Différentes couleurs de fil de raccordement

Connecteurs à fourche (différentes tailles)

Dissipateur thermique et composé de silicium pour LM317

Outils

Fer à souder, soudure, colle thermofusible, perceuse avec forets, tournevis assortis, différents types de petites pinces, multimètre et oscilloscope

Étape 1: Obtention de pièces

J'ai intentionnellement utilisé des pièces faciles à trouver et pouvant être récupérées sur des cartes électroniques mises au rebut. Le circuit intégré LM317 est très courant et les transistors 2N3904 sont à usage général et de nombreux types différents peuvent être remplacés. Le Mosfet est également très courant et d'autres types peuvent être utilisés comme substitut tant que le substitut est un Mosfet à canal N et a des cotes similaires. L'inducteur n'est pas critique et beaucoup dans la gamme de 50 à 200 nH peuvent être utilisés. À cette fin, je les récupère des cartes de commande d'ampoule CFL usagées. N'importe quel type de boîte de projet peut être utilisé. J'avais celui-ci sous la main mais un noir moins cher convient parfaitement. Quant à l'utilisation du perf board, c'est mon choix personnel pour la facilité avec laquelle les modifications peuvent être apportées.

Étape 2: La théorie derrière le circuit

Les photos de forme d'onde ci-dessus montrent la progression de la forme d'onde. Le premier montre la forme d'onde à la sortie du multivibrateur astable en haut de la diode 1N914 droite. Le second montre la forme d'onde à la porte de l'IRF520 et le dernier montre la forme d'onde à la source de l'IRF520.

Le circuit utilise un multivibrateur astable à deux transistors fonctionnant à 18 kHz. La sortie d'onde carrée est prise du haut de l'une des deux diodes 1N914. Les transistors sont des 2N3904 communs. L'onde carrée basse tension est amplifiée par un autre transistor 2N3904 qui est polarisé en classe C. Le transistor amplifie l'onde carrée d'entrée d'un facteur d'environ 10 où il passe à travers un condensateur électrolytique et un potentiomètre de 100k avant d'être appliqué à la grille d'un IRF520 Mosfet. Le Mosfet est câblé comme un hacheur élévateur avec la borne source ayant une self de 56 uH retournant à l'alimentation 5 volts. Lorsque le Mosfet est allumé puis éteint brusquement, le champ magnétique dans l'inducteur se forme puis s'effondre en produisant une force contre-électromotrice. Cette tension contre-électromotrice est autorisée à traverser la diode 1N4007 et est en série avec la tension source. Cela se charge jusqu'à l'addition des deux tensions aux bornes de l'électrolytique de 470 uF. Devant le condensateur se trouve une puce de régulateur de tension LM317 configurée comme une alimentation réglable qui est ajustée par le potentiomètre 5k. La tension à vide est réglable entre 1,3 volts et 20 volts. Un voltmètre et un ampèremètre numériques sont câblés dans le circuit pour donner les lectures de tension et de courant appropriées sur le panneau avant.

Étape 3: Construisez le multivibrateur Astable et voyez s'il fonctionne

Assemblez le multivibrateur Astable comme sur la photo. Mettez sous 5 volts et la forme d'onde au niveau du collecteur du deuxième transistor devrait ressembler à la dent de scie sur la deuxième photo avec une fréquence d'environ 18 kHz.

Étape 4: ajouter des sections tampon/amplificateur et convertisseur de suralimentation

Une fois qu'il a été déterminé que le multivibrateur astable fonctionne, vous pouvez ajouter la section transistor tampon. Le potentiomètre de 100 K est ajouté pour régler le niveau du signal d'entrée vers le Mosfet. Après avoir monté le Mosfet, en prenant des précautions antistatiques, installez la diode et le condensateur électrolytique. Avant d'installer ces pièces, vous pouvez essayer de les placer sur une carte d'expérimentation tout en essayant différentes valeurs d'inducteur. J'ai démonté un tas de CFL et j'ai trouvé que les inducteurs étaient parfaits à cet effet, sauf qu'ils devenaient chauds avec plus de 100 mA qui les traversaient. J'ai trouvé cet inducteur parfait car il utilise un fil plus épais. Vous pouvez utiliser des inducteurs de 50 à 200 uH et vous obtiendrez de bons résultats à cette fréquence. Je recommanderais de piloter le Mosfet à partir d'un générateur de fonctions pendant l'expérimentation. Passez de 0,5 volt crête à crête jusqu'à 5 volts crête à crête. Mettez un voltmètre sur le condensateur de 470 uF et regardez la tension s'accumuler à travers le condensateur à plusieurs fois la tension d'entrée. Déchargé, le mien est monté à un excès de 30 volts. Assurez-vous que votre électrolytique 470 uF est évalué à au moins 50 volts.

Lampe fluorescente compacte CFL

Étape 5: Ajoutez le circuit LM317

Une fois que vous êtes satisfait des performances de la section du convertisseur boost Mosfet, vous pouvez installer le LM317 et son dissipateur thermique. J'ai trouvé que le LM317 devenait chaud, nécessitant un dissipateur thermique mais pas le Mosfet. Si la bobine devient chaude, vous pouvez fabriquer un dissipateur thermique à partir de papier d'aluminium et de colle. J'ai utilisé un petit morceau de tôle plié autour de la bobine sans serrer et collé en place avec de la colle thermofusible.

Étape 6: percez des trous dans le boîtier, fixez les prises banane et montez l'affichage numérique à l'avant

Percez des trous dans le panneau avant pour le potentiomètre (1), (4) des trous pour les fiches bananes et (2) pour le câble USB et la prise de type adaptateur. Montez le circuit imprimé dans la position indiquée sur l'image et câblez le tout ensemble. J'ai trouvé que les fiches bananes que j'utilisais fonctionnaient mieux avec des connecteurs plats qui y étaient connectés. Certaines marques ont des connecteurs à souder à l'arrière, cela dépend donc du type de connecteur que vous utilisez.

J'ai fixé la carte sur la base du boîtier avec un peu de colle thermofusible pour un retrait facile si je veux apporter des modifications au circuit. La pièce avant en plastique noir a été découpée pour s'adapter à la face du panneau du compteur. Il a été fixé avec de la colle thermofusible. Une fois tous les vérins en place à l'arrière, le panneau a également été maintenu en place avec de la colle thermofusible.

Étape 7: Assemblage final et test

Le dernier élément à câbler dans l'appareil est le module tension/courant. Le module est livré avec un fil noir et un fil blanc, ceux-ci vont à l'alimentation en tension d'entrée. Le fil orange va détecter la tension positive de sortie. Il y a deux fils noirs et rouges épais, ceux-ci vont au shunt de courant. Ceux-ci vont en série avec la charge de sortie pour vous faire savoir combien de courant est tiré par votre charge. Les compteurs ne s'enregistrent pas si vous mettez la polarité à l'envers. J'ai découvert que pour une raison quelconque, le courant ne lisait pas avec précision pour moi, j'ai donc dû expérimenter avec différentes épaisseurs et types de fils. Une fois que j'ai obtenu les lectures de courant appropriées, j'ai soudé les fils directement aux bornes du module, en me débarrassant des connexions fournies. Cela pourrait avoir été un problème avec juste le module que j'utilisais.

Cet appareil commencera à fonctionner autour d'une entrée de 3 VDC et à cette tension vous donnera jusqu'à 7 volts de sortie à 60 mA. Avec une entrée de 5 volts, il vous donnera un maximum de 11 volts à 120 mA en continu, sans surchauffer aucun des composants. Un meilleur dissipateur de chaleur vous donnera des courants plus élevés. C'était bien dans la gamme pour laquelle je voulais l'utiliser.