Τρόπος χρήσης μετατροπέα στροφών DC σε DC LM2596: 8 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:31

Αυτό το σεμινάριο θα δείξει πώς να χρησιμοποιήσετε το LM2596 Buck Converter για να ενεργοποιήσετε συσκευές που απαιτούν διαφορετικές τάσεις. Θα δείξουμε ποιοι είναι οι καλύτεροι τύποι μπαταριών για χρήση με τον μετατροπέα και πώς να λάβετε περισσότερες από μία εξόδους από τον μετατροπέα (έμμεσα).

Θα εξηγήσουμε γιατί επιλέξαμε αυτόν τον μετατροπέα και για τι είδους έργα μπορούμε να τον χρησιμοποιήσουμε.

Μια μικρή σημείωση πριν ξεκινήσουμε: Όταν εργάζεστε με ρομποτική και ηλεκτρονικά μην παραλείψετε τη σημασία της διανομής ενέργειας.

Αυτό είναι το πρώτο μας σεμινάριο στη σειρά μας σχετικά με τη διανομή ισχύος, πιστεύουμε ότι η διανομή ενέργειας συχνά παραβλέπεται και αυτός είναι ένας μεγάλος λόγος για τον οποίο πολλοί άνθρωποι χάνουν το ενδιαφέρον τους για τη ρομποτική στην αρχή, για παράδειγμα, καίνε τα εξαρτήματά τους και δεν είναι πρόθυμοι να αγοράσουν νέα εξαρτήματα από το φόβο να τα κάψουμε ξανά, ελπίζουμε ότι αυτή η σειρά στο Power Distribution θα σας βοηθήσει να καταλάβετε πώς να εργάζεστε καλύτερα με την ηλεκτρική ενέργεια.

Προμήθειες:

1. LM2596 Μετατροπέας DC σε DC
2. Αλκαλική μπαταρία 9V
3. Arduino Uno
4. Jumper Wires
5. 2S Li-Po ή Li-Ion Μπαταρία
6. Ασφάλεια 2Α ή 3Α
7. Servo Motor SG90
8. Μικρό Breadboard

Βήμα 1: Επισκόπηση Pinout

Εδώ μπορείτε να δείτε πώς μοιάζει η μονάδα μετατροπέα LM2596 DC σε DC. Μπορείτε να παρατηρήσετε ότι το LM2596 είναι ένα IC και η μονάδα είναι ένα κύκλωμα που δημιουργείται γύρω από το IC για να λειτουργεί ως ρυθμιζόμενος μετατροπέας.

Το Pinout για την ενότητα LM2596 είναι πολύ απλό:

IN+ Εδώ συνδέουμε το κόκκινο καλώδιο από την μπαταρία (ή την πηγή ισχύος), αυτό είναι VCC ή VIN (4.5V - 40V)

IN- Εδώ συνδέουμε το μαύρο καλώδιο από την μπαταρία (ή την πηγή ισχύος), αυτό είναι γειωμένο, GND ή V--

OUT+ Εδώ συνδέουμε τη θετική τάση του κυκλώματος διανομής ισχύος ή ενός εξαρτήματος που τροφοδοτείται

OUT- Εδώ συνδέουμε τη γείωση του κυκλώματος διανομής ισχύος ή ενός τροφοδοτούμενου εξαρτήματος

Βήμα 2: Ρύθμιση εξόδου

Αυτός είναι ένας μετατροπέας buck που σημαίνει ότι θα πάρει μεγαλύτερη τάση και θα τον μετατρέψει σε χαμηλότερη. Για να ρυθμίσουμε την τάση πρέπει να κάνουμε δύο βήματα.

1. Συνδέστε το μετατροπέα με την μπαταρία ή άλλη πηγή τροφοδοσίας. Μάθετε πόση τάση έχετε εισαγάγει στον μετατροπέα.
2. Ρυθμίστε το πολύμετρο να διαβάζει την τάση και συνδέστε την έξοδο του μετατροπέα σε αυτό. Τώρα μπορείτε ήδη να δείτε την τάση στην έξοδο.
3. Ρυθμίστε το τρίμερ (εδώ 20k Ohm) με ένα μικρό κατσαβίδι μέχρι να ρυθμιστεί η τάση στην επιθυμητή έξοδο. Μη διστάσετε να γυρίσετε το χορτοκοπτικό προς τις δύο κατευθύνσεις για να έχετε την αίσθηση του τρόπου εργασίας με αυτό. Μερικές φορές όταν χρησιμοποιείτε το μετατροπέα για πρώτη φορά, θα πρέπει να περιστρέψετε τη βίδα κοπής 5-10 πλήρεις κύκλους για να λειτουργήσει. Παίξτε με αυτό μέχρι να έχετε την αίσθηση.
4. Τώρα που η τάση έχει ρυθμιστεί κατάλληλα, αντί για το πολύμετρο συνδέστε τη συσκευή/μονάδα που θέλετε να τροφοδοτήσετε.

Στα επόμενα δύο βήματα θα θέλαμε να σας δείξουμε μερικά παραδείγματα σχετικά με τον τρόπο παραγωγής ορισμένων τάσεων και πότε να χρησιμοποιείτε αυτές τις τάσεις. Αυτά τα βήματα που εμφανίζονται εδώ υπονοούνται στο εξής σε όλα τα παραδείγματα.

Βήμα 3: Τρέχουσα αξιολόγηση

Η τρέχουσα βαθμολογία του IC LM2596 είναι 3 Amps (σταθερό ρεύμα), αλλά αν το τραβήξετε πραγματικά 2 ή περισσότερα Amps για μεγάλο χρονικό διάστημα, θα ζεσταθεί και θα καεί. Όπως και με τις περισσότερες συσκευές εδώ, πρέπει επίσης να παρέχουμε επαρκή ψύξη για να λειτουργεί μακρά και αξιόπιστα.

Εδώ θα θέλαμε να κάνουμε μια αναλογία με υπολογιστές και επεξεργαστές, όπως γνωρίζετε ήδη, ο υπολογιστής σας θερμαίνεται και συντρίβεται, για να βελτιώσουμε την απόδοσή τους πρέπει να βελτιώσουμε την ψύξη τους, μπορούμε να αντικαταστήσουμε την ψύξη με έναν καλύτερο παθητικό ή αέρα πιο κρύο ή εισάγετε ακόμα καλύτερα με υγρή ψύξη, είναι το ίδιο πράγμα με κάθε ηλεκτρονικό εξάρτημα όπως αυτό του IC. Έτσι για να το βελτιώσουμε θα κολλήσουμε ένα μικρό ψυγείο (εναλλάκτη θερμότητας) πάνω του και αυτό θα διανείμει παθητικά τη θερμότητα από το IC στον περιβάλλοντα αέρα.

Η παραπάνω εικόνα δείχνει δύο εκδόσεις της μονάδας LM2596.

Η πρώτη έκδοση είναι χωρίς το ψυγείο και θα τη χρησιμοποιήσουμε εάν το σταθερό ρεύμα είναι κάτω από 1,5 Amps.

Η δεύτερη έκδοση είναι με το ψυγείο και θα το χρησιμοποιήσουμε αν το σταθερό ρεύμα είναι πάνω από 1,5 Amps.

Βήμα 4: Προστασία υψηλού ρεύματος

Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να αναφερθεί όταν εργάζεστε με μονάδες ισχύος όπως μετατροπείς είναι ότι θα καούν εάν το ρεύμα υπερβεί πολύ. Πιστεύω ότι το έχετε ήδη καταλάβει από το παραπάνω βήμα, αλλά πώς να προστατέψετε το IC από το υψηλό ρεύμα;

Εδώ θα θέλαμε να εισαγάγουμε ένα άλλο συστατικό το Fuse. Σε αυτή τη συγκεκριμένη περίπτωση ο μετατροπέας μας χρειάζεται προστασία από 2 ή 3 Amps. Έτσι, θα πάρουμε, ας πούμε μια ασφάλεια 2 Amp και θα την συνδέσουμε σύμφωνα με τις παραπάνω εικόνες. Αυτό θα παρέχει την απαραίτητη προστασία για το IC μας.

Μέσα στην ασφάλεια υπάρχει ένα λεπτό σύρμα από υλικό που λιώνει σε χαμηλές θερμοκρασίες, το πάχος του σύρματος ρυθμίζεται προσεκτικά κατά τη διάρκεια της κατασκευής, έτσι ώστε το σύρμα να σπάσει (ή να μη συγκολληθεί) εάν το ρεύμα υπερβεί τα 2 Amps. Αυτό θα σταματήσει την τρέχουσα ροή και το υψηλό ρεύμα δεν θα είναι σε θέση να έρθει στον μετατροπέα. Φυσικά αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να αντικαταστήσουμε την ασφάλεια (επειδή έχει λιώσει τώρα) και να διορθώσουμε το κύκλωμα που προσπάθησε να τραβήξει πολύ ρεύμα.

Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για τις ασφάλειες, ανατρέξτε στο σεμινάριό μας όταν τις κυκλοφορήσουμε.

Βήμα 5: Τροφοδοσία κινητήρα 6V και ελεγκτή 5V από μία μόνο πηγή

Εδώ είναι ένα παράδειγμα που περιλαμβάνει όλα όσα αναφέρθηκαν παραπάνω. Θα συνοψίσουμε τα πάντα με τα βήματα καλωδίωσης:

1. Συνδέστε τη μπαταρία 2S Li-Po (7.4V) με την ασφάλεια 2Α. Αυτό θα προστατεύσει το κύριο κύκλωμά μας από υψηλό ρεύμα.
2. Ρυθμίστε την τάση στα 6V με το πολύμετρο συνδεδεμένο στην έξοδο.
3. Συνδέστε τη γείωση και το VCC από την μπαταρία με τους ακροδέκτες εισόδου του μετατροπέα.
4. Συνδέστε τη θετική έξοδο με το VIN στο Arduino και με το κόκκινο καλώδιο στο micro servo SG90.
5. Συνδέστε την αρνητική έξοδο με το GND στο Arduino και το καφέ σύρμα στο micro servo SG90.

Εδώ έχουμε προσαρμόσει την τάση στα 6V και τροφοδοτούμε το Arduino Uno και το SG90. Ο λόγος που θα το κάναμε αυτό αντί να χρησιμοποιήσουμε την έξοδο 5V του Arduino Uno για να φορτίσουμε το SG90 είναι η σταθερή έξοδος που δίνει ο μετατροπέας, καθώς και το περιορισμένο ρεύμα εξόδου που προέρχεται από το Arduino, και επίσης θέλουμε πάντα να διαχωρίζουμε το ισχύς κινητήρα από την ισχύ του κυκλώματος. Εδώ το τελευταίο πράγμα δεν επιτυγχάνεται στην πραγματικότητα επειδή είναι περιττό για αυτόν τον κινητήρα, αλλά ο μετατροπέας μας παρέχει τη δυνατότητα να το κάνουμε αυτό.

Για να καταλάβετε περισσότερα γιατί είναι καλύτερα να τροφοδοτείτε τα εξαρτήματα με αυτόν τον τρόπο και να διαχωρίζετε τους κινητήρες από τα χειριστήρια, ανατρέξτε στο σεμινάριό μας για τις μπαταρίες όταν κυκλοφορήσει.

Βήμα 6: Τροφοδοσία συσκευών 5V και 3.3V από μια μεμονωμένη πηγή

Αυτό το παράδειγμα δείχνει πώς να χρησιμοποιήσετε το LM2596 για να τροφοδοτήσετε δύο συσκευές με δύο διαφορετικούς τύπους τάσεων. Η καλωδίωση φαίνεται καθαρά από τις εικόνες. Αυτό που κάναμε εδώ εξηγείται στα παρακάτω βήματα.

1. Συνδέστε την αλκαλική μπαταρία 9V (μπορεί να αγοραστεί σε οποιοδήποτε τοπικό κατάστημα) στην είσοδο του μετατροπέα.
2. Ρυθμίστε την τάση στα 5V και συνδέστε την έξοδο στο breadboard.
3. Συνδέστε το 5V του Arduino στο θετικό τερματικό στο ψωμί και συνδέστε το γήπεδο του Arduino και το Breadboard.
4. Η δεύτερη συσκευή που τροφοδοτείται εδώ είναι ένας ασύρματος πομπός/δέκτης nrf24, απαιτεί 3,3V, κανονικά θα μπορούσατε να την τροφοδοτήσετε απευθείας από το Arduino, αλλά το ρεύμα που προέρχεται από το Arduino είναι συνήθως πολύ αδύναμο για να μεταδώσει σταθερό ραδιοσήμα, οπότε θα χρησιμοποιήσουμε τον μετατροπέα μας να το τροφοδοτήσω.
5. Για να γίνει αυτό πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα διαχωριστή τάσης για να μειώσουμε την τάση από 5V σε 3,3V. Αυτό γίνεται με τη σύνδεση του +5V του μετατροπέα στην αντίσταση 2k Ohm και της αντίστασης 1k Ohm στη γείωση. Η τερματική τάση όπου αγγίζουν μειώνεται τώρα στα 3,3V τα οποία χρησιμοποιούμε για να φορτίσουμε το nrf24.

Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για τις αντιστάσεις και τους διαχωριστές τάσης, ανατρέξτε στο σεμινάριό μας σχετικά με αυτό όταν κυκλοφορήσει.

Βήμα 7: Συμπέρασμα

Θα θέλαμε να συνοψίσουμε αυτά που δείξαμε εδώ.

• Χρησιμοποιήστε το LM2596 για να μετατρέψετε την τάση από υψηλή (4,5 - 40) σε χαμηλή
• Χρησιμοποιείτε πάντα ένα πολύμετρο για να ελέγχετε το επίπεδο τάσης στην έξοδο πριν συνδέσετε άλλες συσκευές/μονάδες
• Χρησιμοποιήστε το LM2596 χωρίς ψύκτρα (ψυγείο) για 1,5 Amps ή χαμηλότερο και με μια ψύκτρα έως 3 Amps
• Χρησιμοποιήστε μια ασφάλεια 2 Amp ή 3 Amp για να προστατέψετε το LM2596 εάν τροφοδοτείτε κινητήρες που τραβούν απρόβλεπτα ρεύματα
• Χρησιμοποιώντας μετατροπείς παρέχετε σταθερή τάση στα κυκλώματά σας με επαρκές ρεύμα που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για τον αξιόπιστο έλεγχο των κινητήρων, με αυτόν τον τρόπο δεν θα έχετε μειωμένη συμπεριφορά με την πτώση της τάσης των μπαταριών με την πάροδο του χρόνου

Βήμα 8: Επιπλέον πράγματα

Μπορείτε να κατεβάσετε τα μοντέλα που χρησιμοποιήσαμε σε αυτό το σεμινάριο από τον λογαριασμό μας στο GrabCAD:

Μοντέλα Robotronic GrabCAD

Μπορείτε να δείτε τα άλλα σεμινάρια μας σχετικά με το Instructables:

Instructables Robottronic

Μπορείτε επίσης να ελέγξετε το κανάλι Youtube που βρίσκεται ακόμα σε διαδικασία έναρξης:

Youtube Robottronic