Μεταβλητή τροφοδοσία (Buck Converter): 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ένα τροφοδοτικό είναι μια βασική συσκευή όταν εργάζεστε με ηλεκτρονικά. Αν θέλετε να μάθετε πόση ενέργεια καταναλώνει το κύκλωμά σας, θα πρέπει να λάβετε μετρήσεις τάσης και ρεύματος και στη συνέχεια να τις πολλαπλασιάσετε για να λάβετε ισχύ. Ένα τόσο χρονοβόρο έργο. Αυτό γίνεται ακόμα πιο δύσκολο αν θέλετε να παρακολουθείτε συνεχώς την ισχύ για κάποιο χρονικό διάστημα. Λοιπόν, αφήστε τον μικροελεγκτή σας να κάνει όλη τη σκληρή δουλειά. Σε αυτό το βίντεο, θα δούμε πώς να φτιάξουμε ένα φθηνό μεταβλητό τροφοδοτικό και να μάθουμε πώς λειτουργεί.

Ας αρχίσουμε

Βήμα 1: Μετατροπέας Buck και η λειτουργία του

Ας ρίξουμε μια ματιά σε αυτήν την ενότητα που βασίζεται στο LM2596 IC, η οποία δίνει μεταβλητή τάση DC στους ακροδέκτες εξόδου της. Για να μελετήσω το κύκλωμα σε βάθος, έβγαλα το πολύμετρό μου, το έβαλα σε κατάσταση συνέχειας και άρχισα να ψάχνω για να βρω τι συνδέεται με τι. Μετά από μερικές έρευνες, κατέληξα στο κύκλωμα όπως φαίνεται. Αυτός είναι ένας μετατροπέας Buck, επίσης γνωστός ως μετατροπέας βήμα προς τα κάτω. Η μεταβολή του ποτενσιόμετρου δίνει οποιαδήποτε τάση μεταξύ 1,25V και της τάσης εισόδου. Ρίχνοντας μια ματιά στο φύλλο δεδομένων του LM2596 μπορούμε να δούμε ότι είναι μια απλή συσκευή μεταγωγής με ορισμένες δυνατότητες που μπορούμε να αγνοήσουμε προς το παρόν.

Έτσι, για σαφή κατανόηση, μπορούμε να αντικαταστήσουμε κάποιο μέρος του κυκλώματος με έναν απλό διακόπτη όπως φαίνεται στην εικόνα.

Περίπτωση 1: Ο διακόπτης είναι κλειστός (Ton)

Όταν ο διακόπτης είναι κλειστός, το ρεύμα ρέει μέσω του φορτίου. Αυτό ενεργοποιεί τον επαγωγέα που αποθηκεύει ενέργεια στο μαγνητικό του πεδίο. Η δίοδος είναι αντίστροφα προκατειλημμένη και λειτουργεί ως ανοικτό κύκλωμα.

Περίπτωση 2: Ο διακόπτης είναι ανοιχτός (Toff)

Όταν ο διακόπτης είναι ανοιχτός, το μαγνητικό πεδίο του επαγωγέα καταρρέει το οποίο προκαλεί ένα emf και επομένως το ρεύμα ρέει μέσω του φορτίου και της διόδου που είναι τώρα προκατειλημμένη προς τα εμπρός.

Η δουλειά του πυκνωτή είναι να μειώσει το περιεχόμενο κυματισμού στην κυματομορφή εξόδου. Αυτό γίνεται ξανά και ξανά.

Το ρεύμα που ρέει μέσα από το φορτίο θα μοιάζει με αυτό που φαίνεται στην εικόνα. Το ρεύμα θα αυξηθεί κατά τη διάρκεια του Ton και θα πέσει κατά τη διάρκεια του Toff. Κάνοντας κάποια μαθηματικά, μπορούμε να καταλήξουμε στον τύπο

Vout = α x Vin

όπου το «α» είναι γνωστό ως κύκλος λειτουργίας που είναι ίσος με τον τόνο/Τ. Καθώς το α κυμαίνεται από 0 έως 1, μπορούμε να δούμε ότι η τάση εξόδου είναι το κλάσμα της τάσης εισόδου.

Βήμα 2: Πράγματα που θα χρειαστείτε

1x Arduino της επιλογής σας (μικρότερο το καλύτερο)

1x INA219 Power Monitor

1x μονάδα LM2596

1x ρυθμιστής τάσης LM7805

1x οθόνη OLED (128 x 64)

1x DC Power Socket

2x τερματικά μπλοκ

1x διακόπτης SPDT

Ποτενσιόμετρο 1x 10k (Χρησιμοποιήστε ένα δοχείο ακριβείας 10 στροφών αν είναι δυνατόν)

1x κουτί περιβλήματος

Βήμα 3: Ας φτάσουμε στην κατασκευή

Αρκετά με τη θεωρία. Ας συγκεντρώσουμε όλα τα απαιτούμενα εξαρτήματα και να φτιάξουμε ένα φθηνό μικρό τροφοδοτικό χρησιμοποιώντας αυτόν τον μετατροπέα. Το διάγραμμα κυκλώματος και ο κωδικός επισυνάπτονται εδώ. Βεβαιωθείτε ότι έχετε εγκαταστήσει βιβλιοθήκες SSD1306 και INA219 από την Adafruit.

Για να λάβω όλες τις απαιτούμενες μετρήσεις, πήγα με το INA219. Είναι μια Διπλής Κατεύθυνσης Power Monitor με I2C. Αυτή η μικροσκοπική συσκευή κάνει τη δουλειά της μέτρησης του ρεύματος εύκολη.

Θα χρησιμοποιήσουμε μόνο δύο ακίδες του Arduino για I2C. Είχα μόνο τον Arduino Nano τη στιγμή που έκανα το έργο. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια μικρότερη εναλλακτική λύση.

Ξεκόλλησα το μικροσκοπικό ποτενσιόμετρο που υπήρχε στο PCB και το αντικατέστησα με ένα ποτενσιόμετρο 10k που ήταν προσαρτημένο στο μπροστινό μέρος του κουτιού. Εάν είναι δυνατόν, χρησιμοποιήστε ποτενσιόμετρο ακριβείας δέκα στροφών. Αυτό θα σας βοηθήσει να κάνετε καλές προσαρμογές.

Μια μικρή οθόνη OLED 0,96 ιντσών 128x64 0,96 ιντσών χρησιμοποιείται για την εμφάνιση όλων των μετρήσεων από το INA219.

Τέλος, ένα μικρό περίβλημα για να χωρέσουν όλα. Να είστε δημιουργικοί στην επιλογή της διάταξης για τα εξαρτήματα αρκεί να είναι λογικό.

Βήμα 4: Απολαύστε

Αυτό είναι! Ανεβάστε τον κωδικό και ξεκινήστε να παίζετε με τη μικρή σας συσκευή. Απλώς θυμηθείτε ότι το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να αντληθεί από τον μετατροπέα είναι 3Α. Αυτός ο τύπος μονάδας δεν έχει καμία προστασία από βραχυκύκλωμα.

Σας ευχαριστώ που μείνετε μέχρι το τέλος. Ελπίζω να σας άρεσε πολύ αυτό το έργο και να μάθατε κάτι νέο σήμερα. Ενημερώστε με αν φτιάξετε ένα για τον εαυτό σας. Εγγραφείτε στο κανάλι μου στο YouTube για περισσότερα επερχόμενα έργα. Σε ευχαριστώ για άλλη μια φορά!