Encore un autre plus petit boost régulé SMPS (pas de SMD): 8 étapes

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

Nom complet du projet:

Encore la plus petite alimentation à découpage de convertisseur DC à DC régulée au monde utilisant THT (technologie des trous traversants) et sans SMD (dispositif monté en surface)

D'accord, d'accord, tu m'as eu. Peut-être qu'il n'est pas plus petit que celui créé par la société Murata Manufacturing, mais certainement quelque chose que vous pouvez construire vous-même à la maison en utilisant des éléments et des outils couramment accessibles.

Mon idée était de créer une alimentation à découpage compacte pour mes petits projets basés sur des microcontrôleurs.

Ce projet est aussi une sorte de tutoriel sur la façon de créer des chemins sur un PCB en utilisant du fil solide au lieu de construire des chemins avec une soudure.

Faisons le!

Étape 1: Concevoir

Vous pouvez trouver de nombreux modèles personnalisés d'alimentation de poche, mais la plupart d'entre eux présentaient 2 inconvénients majeurs:

• Ce sont des alimentations linéaires, c'est à dire peu performantes,
• Ils ne sont pas réglementés ou réglementés par étapes

Mon convertisseur élévateur est une alimentation à découpage avec une tension de sortie régulée en douceur (via une résistance régulée). Si vous voulez en savoir plus, il existe un excellent document sur microchip.com qui explique les différentes architectures, les avantages et les inconvénients de l'utilisation des SMPS.

En tant que puce IC de base pour mon alimentation à découpage, j'ai choisi la puce très populaire et couramment disponible MC34063. Il peut être utilisé pour construire un convertisseur abaisseur (buck), élévateur (boost) ou un onduleur de tension simplement en ajoutant des éléments externes. Une très bonne explication sur la façon de concevoir SMPS à l'aide de MC34063 a été faite par Dave Jones dans sa vidéo YouTube. Je vous recommande fortement de le regarder et de suivre les calculs des valeurs de chaque élément.

Si vous ne souhaitez pas le faire manuellement, vous pouvez utiliser la calculatrice en ligne pour MC34063 pour répondre à vos besoins. Vous pouvez utiliser celui-ci de Madis Kaal ou celui conçu pour des tensions plus élevées sur changpuak.ch.

J'ai choisi des éléments qui ne collent qu'approximativement aux calculs:

J'ai choisi les plus gros condensateurs pouvant tenir sur la carte. Les condensateurs d'entrée et de sortie sont de 220µF 16V. I Vous avez besoin d'une tension de sortie plus élevée ou d'une tension d'entrée plus élevée, choisissez des condensateurs adaptés

• Inductance L: 100µH, c'est la seule que j'ai eue avec la taille de la puce elle-même.
• J'ai utilisé la diode 1N4001 (1A, 50V) au lieu d'une diode Shotky. La fréquence de commutation de cette diode est de 15 kHz, ce qui est inférieur à la fréquence de commutation que j'ai utilisée, mais d'une manière ou d'une autre, l'ensemble du circuit fonctionne très bien.
• Condensateur de commutation Ct: 1nF (il donne une fréquence de commutation ~26kHz)
• Résistance de protection de courant Rsc: 0,22Ω
• Résistance variable qui représente le rapport de résistance R2 à R1: 20 kΩ

Des astuces

• Choisissez la fréquence de commutation (en choisissant le condensateur de commutation approprié) dans une plage de votre diode (en choisissant la diode de Shotky au lieu d'une diode à usage général).
• Choisissez les condensateurs avec une tension maximale supérieure à celle que vous souhaitez fournir en entrée (condensateur d'entrée) ou utilisez la sortie (condensateur de sortie). Par exemple. Condensateur 16V sur l'entrée (avec une capacité plus élevée) et condensateur 50V sur la sortie (avec moins de capacité), mais les deux ont relativement la même taille.

Étape 2: Matériaux et outils

Matériaux que j'ai utilisés, mais les valeurs exactes dépendent uniquement de vos besoins:

• Puce MC34063 (Amazon)
• Condensateur de commutation: 1nF
• Condensateur d'entrée: 16V, 220µF
• Condensateur de sortie: 16V, 220µF (je recommande 50V, 4.7µF)
• Diode de commutation rapide: 1N4001 (Certaines diodes Shotky sont beaucoup plus rapides)
• Résistance: 180Ω (valeur arbitraire)
• Résistance: 0,22
• Résistance variable: 0-20kΩ, mais vous pouvez utiliser 0-50kΩ
• Inductance: 100µH
• Carte PCB prototype (BangGood.com)
• Quelques câbles courts

Outils nécessaires:

• Station de soudure (et utilités autour: fil à souder, résine si besoin, quelque chose pour nettoyer une panne, etc…)
• Pinces, pinces coupantes/couteaux latéraux
• Scie ou outil rotatif pour couper la planche
• Déposer
• Ruban adhésif (oui, en tant qu'outil, pas en tant que matériau)
• Tu

Étape 3: Placement des éléments - Début

Je passe beaucoup de temps à organiser les éléments du tableau dans une telle configuration, afin qu'il occupe le moins d'espace possible. Après de nombreux essais et échecs, ce projet présente ce à quoi j'ai abouti. Pour le moment, je pense que c'est le placement le plus optimal des éléments en utilisant seulement 1 côté de la planche.

J'envisageais de mettre des éléments des deux côtés, mais alors:

• la soudure serait vraiment compliquée
• Il n'occupe pas réellement moins d'espace
• Le SMPS aurait une forme irrégulière, ce qui le rendrait par ex. une tourbière ou sur une pile 9V très difficile à réaliser

Pour connecter les nœuds, j'ai utilisé une technique consistant à utiliser un fil nu, à le plier dans la forme attendue d'un chemin, puis à le souder à la carte. Je préfère cette technique au lieu d'utiliser une soudure, à cause de:

• Utiliser de la soudure pour "connecter les points" sur un PCB, je considère comme fou et en quelque sorte inapproprié. De nos jours, les fils à souder contiennent une résine qui est utilisée pour désoxyder la soudure et la surface. Mais l'utilisation de la soudure comme constructeur de chemin fait que la résine se vaporise et laisse certaines parties oxydées exposées, ce que je considère comme moins bon pour le circuit lui-même.
• Sur le PCB que j'ai utilisé, relier 2 "points" avec une soudure est presque impossible. La soudure colle aux "points" sans établir de connexion intentionnelle entre eux. Si vous utilisez le PCB où les "points" sont en cuivre et qu'ils sont très proches les uns des autres, il semble alors plus facile d'établir des connexions.
• Utiliser de la soudure pour créer des chemins utilise juste… trop de soudure. L'utilisation d'un fil est juste moins "coûteuse".
• En cas d'erreur, il peut être très difficile de retirer l'ancien chemin de soudure et de le remplacer par un nouveau. En utilisant wire-path, c'est une tâche relativement beaucoup plus facile.
• L'utilisation de fils rend la connexion beaucoup plus fiable.

L'inconvénient est qu'il faut plus de temps pour façonner le fil et le souder. Mais si vous obtenez une certaine expérience, ce n'est plus une tâche difficile. Au moins, je viens de m'y habituer.

Des astuces

• La règle principale pour placer les éléments est de couper les pattes excessives de l'autre côté de la planche, le plus près possible de la planche. Cela nous aidera plus tard lorsque nous placerons le fil pour construire des chemins.
• N'utilisez pas les jambes de l'élément pour créer des chemins. En général, c'est une bonne idée de le faire, mais si vous faites une erreur ou si votre élément doit être remplacé (par exemple s'il est cassé), il est vraiment difficile de le faire. Vous devrez de toute façon couper le fil conducteur et comme les jambes sont pliées, il peut être difficile de retirer l'élément de la planche.
• Essayez de construire des chemins de l'intérieur du circuit vers l'extérieur, ou d'un côté à l'autre. Essayez d'éviter la situation, lorsque vous devez créer un chemin, mais que d'autres chemins autour sont déjà créés. Il peut être difficile de tenir le fil conducteur.
• Ne coupez pas le fil de chemin à la longueur/forme finale avant de souder. Prenez un fil de chemin plus long, façonnez-le, utilisez un ruban adhésif pour maintenir le fil de chemin dans une position sur la carte, soudez-le et enfin coupez-le à un point souhaité (vérifier les photos).

Étape 4: Placement des éléments - Tâche principale

Il vous suffit de suivre le schéma et de placer l'élément un par un, de couper les pattes en excès, de le souder le plus près possible de la carte, de façonner le fil conducteur, de le souder et de le couper. Répétez avec un autre élément.

Conseil:

Vous pouvez vérifier sur une photo comment j'ai placé chaque élément. Essayez simplement de suivre le schéma fourni. Dans certains circuits complexes traitant des hautes fréquences, etc., les inducteurs sont placés séparément sur la carte en raison du champ magnétique qui peut interférer avec d'autres éléments. Mais dans notre projet, nous ne nous soucions tout simplement pas de ce cas. C'est pourquoi j'ai placé l'inducteur juste au-dessus de la puce MC34063 et je ne me soucie pas des interférences

Étape 5: Couper la planche

Vous devez savoir avant que les cartes PCB sont vraiment dures et à cause de cela difficiles à couper. J'ai d'abord essayé d'utiliser un outil rotatif (photo). La ligne de coupe est très lisse, mais il a fallu beaucoup de temps pour la couper. J'ai décidé de passer à une scie ordinaire pour couper le métal et pour moi, cela fonctionnait généralement bien.

Des astuces:

• Coupez la planche avant de souder tous les éléments. Placez d'abord tous les éléments (pas de soudure), marquez les points de coupe, retirez tous les éléments, coupez la carte puis remettez les éléments et soudez-les. Pendant la découpe Vous devez prendre soin des éléments déjà soudés.
• Je préférerais utiliser une scie au lieu d'un outil rotatif, mais c'est probablement une chose individuelle.

Étape 6: Façonner

Après la découpe, j'ai utilisé une lime pour lisser les bords et arrondir les coins.

La taille finale de la planche était de 2,5 cm de longueur, 2 cm de largeur et 1,5 cm de hauteur.

Le projet dans sa forme brute est terminé. Il est temps de tester…

Étape 7: Tester le fonctionnement

J'ai branché la carte sur une bande LED (12 LED) qui nécessite une alimentation 12V. J'ai réglé l'entrée 5V (privée par le port USB) et à l'aide d'une résistance régulée, j'ai configuré la sortie 12V. Cela fonctionne parfaitement. En raison du courant consommé relativement élevé, la puce MC34063 commençait à chauffer. J'ai laissé le circuit avec la bande LED allumée pendant quelques minutes et c'était stable.

Étape 8: Résultat final

Je considère comme un grand succès qu'un si petit SMPS puisse alimenter ce genre de chose de dessin de courant comme 12 LED.