Alimentation électrique DIY Breadboard: 5 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

J'ai toujours voulu une alimentation portable spécialement conçue pour les maquettes. Comme je ne le trouve pas à vendre, j'ai dû faire le mien. Je vous invite à faire de même.

PCB parrainé par JLCPCB. 2 $ pour les PCB et livraison gratuite Première commande:

Caractéristiques:

• Sorties 5V 1A.
• Se branche sur n'importe quelle planche à pain standard de 400 ou 830 points.
• Chargeur avec protection contre les surcharges, les décharges excessives et les surintensités.
• Indicateur de batterie avec LED bicolore (vert 50-100%, jaune 20-50%, rouge 0-20%).
• Sortie à faible ondulation/bruit avec diode de suppression.

Étape 1: Matériaux

Matériaux principaux:

• Batterie lithium-ion 18650. J'ai pris le mien d'un ordinateur portable cassé. J'en ai utilisé une pour ce projet pour que tout soit aussi compact/léger que possible, mais vous pouvez utiliser deux batteries en parallèle pour augmenter la capacité. Si vous utilisez deux batteries, assurez-vous qu'elles sont à 100% de la même marque, modèle, âge/usure et capacité, et qu'elles ont une charge similaire au moment où vous les connectez. Achetez ici:
• Module chargeur TP4056 avec protection batterie. Il existe une version sans protection de batterie que vous ne devriez pas acheter. Assurez-vous d'acheter celui qui a 6 connexions, tout comme l'image. Achetez ici:
• Module convertisseur boost MT3608. Il dispose d'un potentiomètre pour sélectionner la tension. Sur ce cas, je choisis 5V. Achetez ici:
• Bouton autobloquant évalué à 3A/125V avec un diamètre de trou de 12 mm. Achetez ici:
• Condensateur électrolytique 470µF 25V. Cela réduit la chute de tension lorsque nous introduisons une charge considérable. Achetez ici:
• Condensateur céramique 100nF. Réduit l'ondulation/le bruit des hautes fréquences. Achetez ici:
• Condensateur céramique 1nF. Réduit l'ondulation/le bruit à très haute fréquence. Achetez ici:
• Diode Schottky 1A 40V. Il s'agit de protéger les composants connectés sur la planche à pain contre les pointes de tension élevées causées par une bobine sur le circuit. Achetez ici:
• Panneau perforé 2x8cm. Achetez ici:
• Embases mâles X2 double rangée 2x3 2,54 mm. Certains nanos arduino bon marché sont livrés avec ceux-ci et je ne les soude généralement pas, alors je les ai pris pour ce projet. Vous pouvez les acheter avec un angle de 90 degrés qui pourrait être une meilleure option pour faciliter l'installation. Achetez ici:

• Époxy:

Remarque: en tant qu'associé Amazon, je gagne des revenus sur les achats éligibles.

Matériaux pour l'indicateur de batterie (facultatif):

• LED bicolore de 3 mm (rouge-vert). J'ai mis des diagrammes et des fichiers PCB Gerber pour les LED à anode commune et à cathode commune afin que l'un ou l'autre fonctionne. Assurez-vous simplement qu'il a une diffusion suffisante pour que, lorsque vous allumez les deux LED en même temps, vous obtiendrez une couleur jaune uniforme. Il existe de nombreuses LED bicolores de mauvaise qualité où les deux couleurs ne se mélangent pas bien. Achetez ici:
• ampli-op NE5532P. Achetez ici:
• Transistor S8050 NPN. Pratiquement n'importe quel transistor NPN fonctionnerait, cependant. Achetez ici:

• Résistances (1% de 1/4W ou 1/8W):

  • R1: 6.2K pour le côté négatif du diviseur de tension pour l'ampli-op 2IN+ qui contrôle le moment où la LED rouge s'allume. Achetez ici:
  • R2: 2,2 K pour le côté positif du diviseur de tension de l'ampli-op 2IN+ qui contrôle le moment où la LED rouge s'allume. Achetez un kit de résistance qui inclut cette valeur et la plupart des autres:
  • R3: 51K pour que le retour change la tension de référence lorsque la LED rouge s'allume pour avoir une transition solide.
  • R4: 2K pour LED rouge. Cette valeur peut être différente selon votre LED.
  • R5: 6,8 K pour le côté négatif du diviseur de tension pour l'ampli-op 1IN- qui contrôle le moment où la LED verte s'éteint.
  • R6: 2,7 K pour le côté positif du diviseur de tension pour l'ampli-op 1IN- qui contrôle le moment où la LED verte s'éteint. Achetez ici:
  • R7: 100K pour que le retour change la tension de référence lorsque la LED verte s'éteint pour avoir une transition solide.
  • R8: 100 pour la LED verte. Cette valeur peut être différente selon votre LED.
  • R9: 5,1K pour l'entrée transistor. Le transistor NPN fonctionne comme un inverseur pour la sortie afin que le retour ait la bonne polarité.
  • R10: pull-down 2K pour l'entrée transistor.

Remarque: Toutes les valeurs de résistance pour les diviseurs de tension et le retour sont très critiques pour obtenir le résultat souhaité. Si vous modifiez une valeur de résistance, vous souhaiterez peut-être modifier d'autres résistances pour compenser. Ou si vous voulez intentionnellement changer la tension où les LED s'allument/s'éteignent, vous pouvez le faire en changeant ces valeurs de résistances.

Matériaux en option:

• Anode commune à LED bicolore de 3 mm (rouge-vert) pour l'indicateur de chargeur. Le module chargeur a deux LED intégrées: une rouge pour indiquer qu'elle est en charge; et un bleu pour indiquer que le processus de charge est terminé. Cette LED bicolore pourrait remplacer ces LED si vous le souhaitez. Achetez ici:
• Résistance 2.2K pour remplacer le R3 sur le module chargeur pour régler le courant de charge maximum à environ 500mA, au lieu de 1A par défaut. C'est une résistance à montage en surface, mais comme je n'achète que des résistances traversantes, je l'ai utilisée.

Étape 2: Préparation

Avant de souder quoi que ce soit, testez tous les composants, en particulier les modules.

Le convertisseur boost a un potentiomètre pour sélectionner la tension de sortie. Assurez-vous de le laisser à 5V avant de souder à d'autres composants, car vous ne voulez pas qu'il soit réglé à haute tension lorsque vous l'allumez pour la première fois avec tout ce qui est connecté. Vous pourriez faire exploser le condensateur électrolytique ou brûler l'amplificateur opérationnel sur l'indicateur de batterie. Pour régler le convertisseur boost, vous devez le connecter à la batterie et à un multimètre. Tournez dans le sens des aiguilles d'une montre pour diminuer la tension; tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour augmenter la tension.

Si vous prévoyez d'apporter des modifications au module de chargeur, faites-le maintenant avant de vous connecter à d'autres composants. Il y a trois modifications que j'ai faites. Tout d'abord, je remplace la résistance R3 à 2,2K pour régler le courant de charge maximal à environ 500mA, au lieu de 1A par défaut. La raison en est que l'IC devient très chaud lors de la charge. Je voulais diminuer la température en réduisant le courant de charge. Bien sûr, il faut plus de temps pour charger la batterie, mais à mon avis, c'est assez rapide.

La deuxième modification consistait à remplacer les deux indicateurs LED par une anode commune à LED bicolore (rouge-vert). J'ai fait cela pour mieux paraître et correspondre à mon design, mais vous n'êtes pas obligé de le faire.

Et la dernière chose que j'ai faite au module chargeur est de renforcer la soudure sur les côtés du connecteur micro USB. Ce connecteur est sensible au freinage, je recommande donc d'ajouter plus de soudure entre la coque métallique du connecteur et le PCB. Je ne voudrais pas déranger les connexions électriques réelles à l'arrière, cependant. Attention à ne pas ajouter trop de soudure car elle pourrait pénétrer à l'intérieur du connecteur et le ruiner.

J'ai vu des adaptateurs d'alimentation pour les planches à pain (sans piles) qui se branchent à l'extrémité de la planche à pain et vous pouvez prendre ce design si c'est ce que vous voulez, mais je mets généralement des nanos arduino aux deux extrémités des planches à pain et je ne voulais pas tout ce qui bloque leur connecteur USB.

Étape 3: Indicateur de batterie (facultatif)

Je conçois un indicateur de batterie très basique avec une LED bicolore (rouge-vert) qui s'allume en vert lorsque la batterie est à 50 % (3,64 V) ou plus; devient jaune lorsqu'il est compris entre 50 % et 20 % (3,64 V - 3,50 V); et rouge lorsqu'il est inférieur à 20 % (3,50 V). Il utilise un ampli-op pour créer deux déclencheurs de schmitt pour empêcher les LED de clignoter sur le seuil.

Je voulais être très compact donc je recommande d'utiliser ma mise en page. Ou encore mieux, téléchargez mon fichier gerber et commandez mon PCB personnalisé sur un site Web comme JLCPCB.com. De cette façon, il vous suffit de souder les composants sans vous soucier des connexions sur le PCB. En ce moment, ils ont une promotion où vous pouvez acheter 10 petits PCB pour 2 USD et la livraison gratuite pour la première commande.

Je conçois les PCB sur easyEDA donc vous pouvez charger le projet et même changer la disposition comme vous le souhaitez.

Cathode commune à LED bicolore:

Anode commune à LED bicolore:

Étape 4: assemblage

Soudez d'abord les 3 condensateurs à la sortie du convertisseur boost. Ces condensateurs aident à réduire les ondulations et le bruit causés par le convertisseur élévateur ou les charges sur la sortie. Je suggère fortement de les installer. Si vous n'avez pas ces valeurs exactes, mettez plutôt des valeurs similaires.

Après avoir testé le circuit principal, coupez la planche perforée de 2x8cm pour faire de la place pour les plots que certaines planches à pain ont de leur côté. Si vous ne le faites pas, votre parc de batteries ne serait pas compatible avec certains types de maquettes, du moins pas sans connecter les rails d'alimentation à l'envers. Toutes les planches à pain n'ont pas les goujons du même côté, et certaines ont même 4 goujons au lieu des 3 traditionnels. les goujons que certaines planches à pain ont à ces extrémités aussi.

Placez les broches mâles 2x3 sur une planche à pain pour les utiliser comme guide pour les souder à la planche perforée dans la bonne position.

Ajoutez la diode Schottky (1A 40V ou plus) sur la sortie. Cette diode protège tout composant connecté sur le rail d'alimentation contre les pointes de haute tension causées par les bobines comme les relais, les moteurs, les inductances, les solénoïdes, etc. Assurez-vous que le côté négatif de la diode (ligne blanche) va vers le côté positif de la sortie.

Pour l'étui/couverture, j'ai utilisé du carton noir. Ce n'est pas le meilleur choix car il est inflammable mais vous pouvez utiliser ce que vous voulez.

Étape 5: Conclusion

Quelques conseils importants:

• N'utilisez pas la banque d'alimentation pendant la charge. Le processus de charge désactive quelques fonctions de protection qui pourraient endommager la batterie, et la charge pourrait provoquer une situation de surcharge. De plus, la désactivation de la protection contre les surintensités pourrait endommager même la maquette elle-même.
• La protection contre les surintensités réagit très rapidement et coupe l'alimentation lorsqu'elle détecte un court-circuit. Pour le réinitialiser, coupez l'alimentation pendant environ 3 secondes.

Donnée pertinente:

Voici les résultats de certains de mes tests. Il peut être différent du vôtre, mais vous pouvez l'utiliser comme référence pour savoir à quoi vous attendre:

• Temps de charge de vide à plein (à 560mA): 4h30.
• Avec une charge de 50 mA, une batterie pleine a duré 23 heures et 17 minutes.
• Avec une charge de 500mA, une batterie pleine a duré 2 heures et 21 minutes. C'est environ 1630mAh à la sortie.
• J'ai observé une chute de tension constante maximale sur la sortie de 0,03 V lorsqu'elle est connectée à une charge de 500 mA, donc dans l'ensemble, elle produit un 5 V très stable. J'ai vu d'autres convertisseurs boost plus petits où ils font chuter la tension de 0,7 V sous 5 V (4,3 V), ce que je trouve inacceptable.
• Les tensions pour l'indicateur de batterie sont réglées à environ 50 % = 3,64 V, 20 % = 3,50 V. Le retour change la valeur à +/- 0.7V. Vous pouvez essayer différentes valeurs de résistance pour modifier les tensions où les LED s'allument/s'éteignent, mais mes valeurs recommandées sont basées sur mes tests et calculs, et elles devraient s'appliquer à la plupart des batteries 18650.

Il est possible d'utiliser deux batteries en parallèle pour doubler la capacité. J'ai construit cette version aussi, mais évidemment, elle est plus grande et plus lourde, ce n'est donc pas mon premier choix. Vous décidez quelle version construire.

C'est ça. Si vous avez une question, faites le moi savoir.

Bonne chance.