Switch Mode Altoids φορτιστής IPOD χρησιμοποιώντας 3 'AA' μπαταρίες: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Ο στόχος αυτού του έργου ήταν να κατασκευαστεί ένας αποτελεσματικός φορτιστής Altoids από iPod (firewire) που λειτουργεί με 3 (επαναφορτιζόμενες) μπαταρίες «AA». Αυτό το έργο ξεκίνησε ως μια συλλογική προσπάθεια με το Sky στον σχεδιασμό και την κατασκευή PCB, και εγώ στο κύκλωμα και το υλικολογισμικό. Όπως και να έχει, αυτός ο σχεδιασμός δεν θα λειτουργήσει. Παρουσιάζεται εδώ στο πνεύμα της "έννοιας ενός παράγωγου έργου" (https://www.instructables.com/ex/i/C2303A881DE510299AD7001143E7E506/) "????- ένα έργο που χρησιμοποιεί ένα άλλο έργο ως βήμα πέτρα για περαιτέρω βελτίωση, βελτίωση ή εφαρμογή σε ένα εντελώς διαφορετικό πρόβλημα. Η κοινότητα των DIY που είμαστε όλοι μπορούμε πραγματικά να κάνουμε μερικά καταπληκτικά πράγματα συνεργαζόμενοι ως κοινότητα. Η καινοτομία σπάνια συμβαίνει σε κενό. Το προφανές επόμενο βήμα είναι να αφήσουμε την κοινότητα να βελτιώσει και να εξελίξει ιδέες που δεν είναι ακόμη έτοιμες να ολοκληρωθούν. " Το υποβάλλουμε τώρα, έτσι ώστε άλλοι λάτρεις του iPod να μπορούν να παραλάβουν από εκεί που σταματήσαμε. Υπάρχουν (τουλάχιστον) δύο λόγοι που αυτός ο φορτιστής _δεν λειτουργεί: 1. Το τρανζίστορ δεν αφήνει να ρέει αρκετό ρεύμα για να φορτίσει πλήρως τον επαγωγέα. Η άλλη επιλογή είναι FET, αλλά ένα FET χρειάζεται τουλάχιστον 5 βολτ για να ενεργοποιηθεί πλήρως. Αυτό συζητείται στην ενότητα SMPS.2. Ο επαγωγέας απλά δεν είναι αρκετά μεγάλος. Ο φορτιστής δεν παράγει σχεδόν αρκετό ρεύμα για το iPod. Δεν είχαμε έναν ακριβή τρόπο μέτρησης του ρεύματος φόρτισης του iPod (εκτός από την αποκοπή του αρχικού καλωδίου φόρτισης) έως ότου τα μέρη μας έφτασαν από το Mouser. Οι προτεινόμενοι επαγωγείς δεν είναι πουθενά αρκετά μεγάλοι για αυτό το έργο. Μια κατάλληλη υποκατάσταση μπορεί να είναι το πηνίο που χρησιμοποιεί ο Nick de Smith στο MAX1771 SMPS του. Είναι ένα πηνίο 2 ή 3 amp από digikey: (https://www.desmith.net/NMdS/Electronics/NixiePSU.html#bom) Αυτή η συσκευή μπορεί να παρέχει μια μικρή ποσότητα ενέργειας σε μια συσκευή USB ή firewire, αλλά όχι αρκετή για φόρτιση ενός iPod (3G). Θα τροφοδοτήσει, αλλά δεν θα φορτίσει, ένα εντελώς νεκρό 3G iPod.

Βήμα 1: Εναλλαγή φόρτισης Altoids φορτιστή IPOD χρησιμοποιώντας 3 μπαταρίες "AA"

Ο στόχος αυτού του έργου ήταν να κατασκευαστεί ένας αποτελεσματικός φορτιστής Altoids από iPod (firewire) που λειτουργεί με 3 (επαναφορτιζόμενες) μπαταρίες «AA». Το Firewire αποδίδει 30 βολτ ανεξέλεγκτα. Ένα iPod μπορεί να χρησιμοποιήσει 8-30 βολτ DC. Για να το πάρουμε από 3 μπαταρίες ΑΑ χρειαζόμαστε έναν ενισχυτή τάσης. Σε αυτό το οδηγό χρησιμοποιείται μια τροφοδοσία λειτουργίας διακόπτη που βασίζεται σε έναν μικροελεγκτή. Ισχύουν τυπικές αποποιήσεις ευθυνών. Υψηλή τάση…. Θανάσιμα… κλπ. Σκεφτείτε πόσο σας αξίζει το iPod σας πριν το συνδέσετε με αυτό το μικρό πιστόλι ανασκόπησης σε ένα τενεκεδένιο δοχείο. Για όλες τις μαθηματικές και βρώμικες λεπτομέρειες του SMPS, διαβάστε τον οδηγό μετατροπέα nixie tube boost: https://www.instructables.com /ex/i/B59D3AD4E2CE10288F99001143E7E506/? ALLSTEPSΔιαβάστε παρακάτω για να δείτε πώς το σχέδιο SMPS σωλήνα nixie προσαρμόστηκε για να είναι φορτιστής iPod….

Ένας τόνος προηγούμενων εργασιών ενέπνευσε αυτό το έργο. Ένας από τους πρώτους φορτιστές DIY χρησιμοποίησε συνδυασμό μπαταριών 9 volt και AA για να φορτίσει ένα iPod μέσω της θύρας firewire (λειτουργεί για όλα τα iPod, υποχρεωτικό για iPod 3G): https://www.chrisdiclerico.com/2004/10/24 /ipod-altoids-battery-pack-v2 Αυτός ο σχεδιασμός έχει το πρόβλημα της ανομοιόμορφης εκφόρτισης μεταξύ των μπαταριών. Η ενημερωμένη έκδοση χρησιμοποίησε μόνο μπαταρίες 9 volt: Είναι ένας απλός σχεδιασμός για φορτιστή USB 5 volt (αυτός ο τύπος δεν θα φορτίζει παλαιότερα iPod, όπως το 3G). Χρησιμοποιεί μπαταρία 9 βολτ με ρυθμιστή 7805 5 βολτ. Παρέχεται ένα σταθερό 5 βολτ, αλλά τα επιπλέον 4 βολτ από την μπαταρία καίγονται ως θερμότητα στον ρυθμιστή. https://www.instructables.com/ex/i/9A2B899A157310299AD7001143E7E506/?ALLSTEPS Όλα αυτά τα σχέδια έχουν ένα κοινό στοιχείο: μπαταρίες 9 volt. Νομίζω ότι τα 9 βολτέρ είναι χοντρά και ακριβά. Κατά την έρευνα για αυτό το διδακτικό σημείωσα ότι ένα "Energizer" NiMH 9 volt είναι μόνο 150 mAh. Το "Duracell" δεν κάνει επαναφορτιζόμενα 9 βολτ. Ένα 'Duracell' ή 'Energizer' NiMH 'AA' έχει υγιή ισχύ 2300 mAh ή περισσότερο (έως και 2700 mAh βαθμολογίες σε νεότερα επαναφορτιζόμενα). Σε μια πρέζα, αλκαλικές μπαταρίες AA μιας χρήσης είναι διαθέσιμες παντού σε λογική τιμή. Η χρήση μπαταριών 3 'AA' μας δίνει 2700mAh στα ~ 4 βολτ, έναντι 150mAh στα 9 ή 18 (2x9 volts) βολτ. Με τόση δύναμη μπορούμε να ζήσουμε με απώλειες μεταγωγής και επιπλέον ενέργεια που καταναλώνεται από τον μικροελεγκτή SMPS.

Βήμα 2: SMPS

Η παρακάτω εικόνα είναι απόσπασμα από το TB053 (μια ωραία σημείωση εφαρμογής από το Microchip: (https://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/91053b.pdf)). Περιγράφει τη βασική αρχή πίσω από το SMPS. Ένας μικροελεγκτής γειώνει ένα FET (Q1), επιτρέποντας τη δημιουργία ενός φορτίου στον επαγωγέα L1. Όταν το FET είναι απενεργοποιημένο, το φορτίο ρέει μέσω της διόδου D1 στον πυκνωτή C1. Το Vvfb είναι ανατροφοδότηση διαιρέτη τάσης που επιτρέπει στον μικροελεγκτή να παρακολουθεί την υψηλή τάση και να ενεργοποιεί το FET όπως απαιτείται για να διατηρήσει την επιθυμητή τάση. Θέλουμε από 8 έως 30 βολτ να φορτίσουμε ένα iPod μέσω της θύρας firewire. Ας σχεδιάσουμε αυτό το SMPS για έξοδο 12 βολτ. Αυτή δεν είναι μια άμεσα θανατηφόρα τάση, αλλά πολύ εντός της περιοχής τάσης του firewire. Υπάρχουν αρκετές λύσεις μεμονωμένων τσιπ που μπορούν να αυξήσουν την τάση από μερικές μπαταρίες στα 12 (ή περισσότερα) βολτ. Αυτό το έργο ΔΕΝ βασίζεται σε ένα από αυτά. Αντ 'αυτού, θα χρησιμοποιήσουμε έναν προγραμματιζόμενο μικροελεγκτή από το Microchip, το PIC 12F683. Αυτό μας επιτρέπει να σχεδιάσουμε το SMPS με εξαρτήματα junk-box και μας κρατάει κοντά στο υλικό. Μια μεμονωμένη λύση τσιπ θα αποκρύψει το μεγαλύτερο μέρος της λειτουργίας του SMPS και θα προωθήσει το κλείδωμα του προμηθευτή. Το PIC 12F682 των 8 ακίδων επιλέχθηκε για το μικρό του μέγεθος και το κόστος του (λιγότερο από 1 $). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε μικροελεγκτής (PIC/AVR) που διαθέτει διαμορφωτή πλάτους παλμού υλικού (PWM), δύο αναλογικούς ψηφιακούς μετατροπείς (ADC) και επιλογή αναφοράς τάσης (εσωτερικό ή εξωτερικό Vref). Λατρεύω το 8 pin 12F683 και το χρησιμοποιώ για τα πάντα. Κατά καιρούς το έχω χρησιμοποιήσει ως εξωτερική πηγή ρολογιού ακριβείας 8 Mhz για παλαιότερους PIC. Μακάρι η Microchip να μου έστελνε έναν ολόκληρο σωλήνα από αυτά. Αναφορά τάσηςΗ συσκευή τροφοδοτείται από μπαταρία. Η εκφόρτιση της μπαταρίας και η αλλαγή της θερμοκρασίας θα οδηγήσουν σε μετατόπιση τάσης. Για να διατηρήσει το PIC μια καθορισμένη τάση εξόδου (12 βολτ) απαιτείται μια σταθερή αναφορά τάσης. Αυτό πρέπει να είναι μια αναφορά πολύ χαμηλής τάσης, ώστε να είναι αποτελεσματική σε όλο το εύρος εξόδου από 3 μπαταρίες ΑΑ. Αρχικά σχεδιάστηκε μια δίοδος zener 2,7 volt, αλλά το τοπικό κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών είχε μια δίοδο "stabistor" 2 βολτ. Χρησιμοποιήθηκε το ίδιο ως αναφορά zener, αλλά εισήχθη "προς τα πίσω" (στην πραγματικότητα προς τα εμπρός). Το stabistor φαίνεται να είναι αρκετά σπάνιο (και ακριβό, 75 0,75 σεντ ευρώ), οπότε φτιάξαμε μια δεύτερη έκδοση με αναφορά 2,5 volt από μικροτσίπ (MCP1525). Εάν δεν έχετε πρόσβαση στο stabistor ή στο Microchip (ή σε άλλο TO-92), μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα zener 2,7 volt. Ανατροφοδότηση τάσης Υπάρχουν δύο κυκλώματα ανάδρασης τάσης που συνδέονται με ακίδες ADC στο PIC. Το πρώτο επιτρέπει στο PIC να αντιληφθεί την τάση εξόδου. Ο PIC χτυπά το τρανζίστορ σε απόκριση αυτών των μετρήσεων, διατηρώντας μια επιθυμητή αριθμητική ένδειξη στο ADC (το ονομάζω "σημείο ρύθμισης"). Ο PIC μετρά την τάση της μπαταρίας μέσω του δεύτερου (θα ονομάσω αυτήν την τάση τροφοδοσίας ή Vsupply). Ο βέλτιστος έγκαιρος επαγωγέας εξαρτάται από την τάση τροφοδοσίας. Το υλικολογισμικό PIC διαβάζει την τιμή ADC και υπολογίζει τη βέλτιστη έγκαιρη λειτουργία για το τρανζίστορ και τον επαγωγέα (οι τιμές κύκλου περιόδου/λειτουργίας του PWM). Είναι δυνατή η εισαγωγή ακριβών τιμών στο PIC σας, αλλά εάν αλλάξετε το τροφοδοτικό, οι τιμές δεν είναι πλέον οι βέλτιστες. Ενώ τρέχετε από μπαταρίες, η τάση θα μειωθεί καθώς οι μπαταρίες αποφορτίζονται, απαιτώντας μεγαλύτερη χρονική διάρκεια. Η λύση μου ήταν να αφήσω το PIC να υπολογίσει όλα αυτά και να ορίσει τις δικές του τιμές. Και τα δύο διαχωριστικά σχεδιάστηκαν έτσι ώστε το εύρος τάσεων να είναι πολύ κάτω από την αναφορά 2,5 volt. Η τάση τροφοδοσίας διαιρείται με αντίσταση 100Κ και 22Κ, δίνοντας 0,81 στα 4,5 βολτ (φρέσκες μπαταρίες) έως 0,54 στα 3 βολτ (νεκρές μπαταρίες). Η έξοδος/υψηλή τάση διαιρείται μέσω αντιστάσεων 100K και 10K (22K για έξοδο USB). Εξαλείψαμε την αντίσταση κοπής που χρησιμοποιείται στο nixie SMPS. Αυτό καθιστά την αρχική προσαρμογή λίγο στίγματα, αλλά εξαλείφει ένα μεγάλο εξάρτημα. Σε έξοδο 12 βολτ η ανάδραση είναι περίπου 1 βολτ. Τα FET/SwitchFET είναι ο τυπικός «διακόπτης» στα SMPS. Τα FET αλλάζουν πιο αποτελεσματικά σε τάσεις υψηλότερες από αυτές που παρέχονται από 3 μπαταρίες ΑΑ. Αντ 'αυτού χρησιμοποιήθηκε ένα τρανζίστορ Darlington επειδή είναι μια τρέχουσα συσκευή μεταγωγής. Το TIP121 έχει κέρδος τουλάχιστον 1000 any ¢ Â Â Â any any any any any any any any any any any any any any any Μια απλή δίοδος (1N4148) και μια αντίσταση (1K) προστατεύουν τον πείρο PIC PWM από τυχόν αδέσποτη τάση που προέρχεται από τη βάση του τρανζίστορ. Ο πηνία του επαγωγέα μου αρέσει πολύ οι επαγωγείς ισχύος C&D που διατίθενται στο Mouser. Είναι μικρά και φθηνά. Για την έκδοση USB του φορτιστή χρησιμοποιήθηκε επαγωγέας 220uH (22R224C). Η έκδοση firewire χρησιμοποιεί επαγωγέα 680 uH (22R684C). Αυτές οι τιμές επιλέχθηκαν μέσω πειραματισμού. Θεωρητικά, κάθε επαγωγέας τιμής θα πρέπει να λειτουργεί εάν το υλικολογισμικό PIC έχει ρυθμιστεί σωστά. Στην πραγματικότητα, ωστόσο, το πηνίο έσκασε με τιμές μικρότερες από 680uH στην έκδοση firewire. Αυτό πιθανώς σχετίζεται με τη χρήση τρανζίστορ, αντί FET, ως διακόπτη. Θα εκτιμούσα πολύ κάθε συμβουλή ειδικού σε αυτόν τον τομέα. Διόρθωση διόδων Χρησιμοποιήθηκε ένας φθηνός σούπερ/εξαιρετικά γρήγορος ανορθωτής 100 βολτ 1 amp από την Mouser (δείτε τη λίστα μερών). Μπορούν να χρησιμοποιηθούν άλλοι ανορθωτές χαμηλής τάσης. Βεβαιωθείτε ότι η δίοδος σας έχει χαμηλή τάση προς τα εμπρός και γρήγορη ανάκτηση (τα 30ns φαίνεται να λειτουργούν καλά). Το σωστό Schottky θα πρέπει να λειτουργεί τέλεια, αλλά προσέξτε τη θερμότητα, το κουδούνισμα και το EMI. Ο Joe στη λίστα αλληλογραφίας switchmode πρότεινε: (ιστότοπος: https://groups.yahoo.com/group/switchmode/) "Νομίζω ότι επειδή ο Schottky είναι πιο γρήγορος και έχει υψηλή χωρητικότητα όπως λέγατε, θα μπορούσατε να χτυπήσετε λίγο περισσότερο και EMI. Αλλά, θα ήταν πιο αποδοτικό. Χμμ, αναρωτιέμαι αν χρησιμοποιήσατε 1N5820, η διάσπαση 20v θα μπορούσε να αντικαταστήσει τη δίοδο Zener σας εάν χρειάζεστε χαμηλό ρεύμα για το Ipod σας. ο πυκνωτής αποθηκεύει ενέργεια για τον επαγωγέα. Ένας ηλεκτρολυτικός μεταλλικός πυκνωτής 47uf/63v και 0.1uf/50V εξομαλύνουν την τάση εξόδου. Μεταξύ της τάσης εισόδου και της γείωσης τοποθετείται ένα zener 1 watt 5,1 volt. Σε κανονική χρήση 3 AA δεν πρέπει ποτέ να παρέχουν 5,1 βολτ. Εάν ο χρήστης καταφέρει να υπερφορτώσει την πλακέτα, το zener θα σφίξει την παροχή στα 5,1 βολτ. Αυτό θα προστατεύσει το PIC από ζημιά μέχρι να καεί το zener. Μια αντίσταση θα μπορούσε να αντικαταστήσει το καλώδιο βραχυκυκλωτήρα για να δημιουργήσει έναν πραγματικό ρυθμιστή τάσης zener, αλλά θα ήταν λιγότερο αποδοτική (βλ. Ενότητα PCB). Για την προστασία του iPod, προστέθηκε μια δίοδος zener 24 volt 1 watt μεταξύ της εξόδου και της γείωσης. Σε κανονική χρήση, αυτή η δίοδος δεν πρέπει να κάνει τίποτα. Αν κάτι πάει τρομερά στραβά (η τάση εξόδου ανεβαίνει στα 24) αυτή η δίοδος θα πρέπει να σφίξει την παροχή στα 24 βολτ (πολύ κάτω από το μέγιστο όριο των 30 βολτ του firewire). Ο επαγωγέας χρησιμοποίησε εξόδους έως ~ 0,8 watt στα 20 βολτ, οπότε ένα zener 1watt θα πρέπει να διαλύσει κάθε υπερβολική τάση χωρίς να καεί.

Βήμα 3: PCB

ΣΗΜΕΙΩΣΗ υπάρχουν δύο εκδόσεις PCB, μία για αναφορά τάσης zener/stabistor και μία για αναφορά τάσης MCP1525. Η έκδοση MCP είναι η "προτιμώμενη" έκδοση που θα ενημερωθεί στο μέλλον. Κατασκευάστηκε μόνο μία έκδοση USB, χρησιμοποιώντας το MCP vref. Αυτό ήταν δύσκολο να σχεδιαστεί. Υπάρχει περιορισμένος χώρος στο κασσίτερό μας αφού αφαιρεθεί ο όγκος των 3 μπαταριών ΑΑ. Ο κασσίτερος που χρησιμοποιείται δεν είναι ένας γνήσιος κασσίτερος altoids, είναι ένα δωρεάν κουτί με νομισματοκοπεία που προωθούν έναν ιστότοπο. Θα πρέπει να έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με ένα κασσίτερο αλτοειδών. Δεν υπήρχαν δοχεία Altoids στις Κάτω Χώρες. Μια πλαστική θήκη μπαταριών από το τοπικό κατάστημα ηλεκτρονικών ειδών χρησιμοποιήθηκε για να χωρέσει τις 3 μπαταρίες ΑΑ. Οι αγωγοί κολλήθηκαν απευθείας στα κλιπ πάνω του. Η ισχύς παρέχεται στο PCB μέσω των δύο οπών του βραχυκυκλωτήρα, καθιστώντας την τοποθέτηση της μπαταρίας ευέλικτη. Μια καλύτερη λύση μπορεί να είναι ένα είδος ωραίων συνδετήρων μπαταρίας που μπορούν να τοποθετηθούν σε PCB. Δεν τα έχω βρει. Το LED είναι λυγισμένο σε 90 μοίρες για να βγει μια τρύπα στον τενεκέ. Το TIP121 είναι επίσης λυγισμένο σε 90 μοίρες, αλλά δεν είναι σταθερό !!! ** Μια δίοδος και δύο αντιστάσεις τρέχουν κάτω από το τρανζίστορ για εξοικονόμηση χώρου. Στην εικόνα μπορείτε να δείτε ότι το τρανζίστορ είναι λυγισμένο, αλλά συγκολλημένο έτσι ώστε να επιπλέει ένα εκατοστό πάνω από τα εξαρτήματα. Για να αποφύγετε τυχαία σορτς, καλύψτε αυτήν την περιοχή με ζεστή κόλλα ή ένα κομμάτι από αυτό το ελαστικό κολλητικό υλικό. Η αναφορά τάσης MCP1525 βρίσκεται κάτω από το TIP121 στην έκδοση MCP του PCB. Κάνει ένα πολύ αποτελεσματικό διαχωριστικό. 3 εξαρτήματα τοποθετήθηκαν στην πίσω πλευρά: το καπάκι αποσύνδεσης για το PIC και τα δύο μεγάλα zeners (24 volt και 5,1 volt). Απαιτείται μόνο ένα καλώδιο βραχυκυκλωτήρα (2 για την έκδοση MCP). Εκτός αν θέλετε να τρέχετε τη συσκευή συνεχώς, βάλτε έναν μικρό διακόπτη σε σειρά με το καλώδιο από την ισχύ της μπαταρίας στην πλακέτα κυκλώματος. Ένας διακόπτης δεν τοποθετήθηκε στο PCB για εξοικονόμηση χώρου και διατήρηση της ευελιξίας της τοποθέτησης. ** Το Eagle έχει έναν περιορισμό δρομολόγησης στο πακέτο to-220 που διακόπτει το επίπεδο γείωσης. Χρησιμοποίησα τον επεξεργαστή βιβλιοθήκης για να καταργήσω τον περιορισμό b και άλλα επίπεδα από το αποτύπωμα TIP121. Θα μπορούσατε επίσης να προσθέσετε ένα καλώδιο για να λύσετε αυτό το πρόβλημα εάν, όπως και εγώ, μισείτε τον επεξεργαστή βιβλιοθήκης αετών. Το πηνίο επαγωγέα και το τροποποιημένο αποτύπωμα έως-220 βρίσκονται στη βιβλιοθήκη Eagle που περιλαμβάνεται στο αρχείο του έργου. Λίστα μερών (ο αριθμός ανταλλακτικού Mouser παρέχεται για ορισμένα μέρη, άλλα βγήκαν από το junk box): Τιμή μέρους (οι βαθμολογίες τάσης είναι ελάχιστες, μεγαλύτερες είναι εντάξει) C1 0.1uF/10VC2 100uF/25VC3 0.1uF/50VC4 47uF/63V (ποντίκι #140-XRL63V47, 0,10 $) Δίοδος διορθωτή D1 SF12 (ποντίκι #821-SF12), 0,22 $ -ή-άλλα D2 1N4148 μικρή δίοδος σήματος (mouser #78 -1N4148, 0,03 $) D3 (Firewire) 24 Volt Zener/1 W (mouser #512-1N4749A, $ 0,09) D3 (USB) 5,6 Volt Zener/1 W (mouser #78-1N4734A, 0,07 $) D4 5,1 Volt Zener/1W (mouser # 78-1N4733A, 0,07 $) IC1 PIC 12F683 & πρίζα με 8 ακίδες (προαιρετική/συνιστάται, total 1,00 $ συνολικά) L1 (Firewire) 22R684C 680uH/0,25 amp πηνίο επαγωγέα (ποντίκι # 580-22R684C, 0,59 $) L1 (USB) 22R224C 220uH/0.49amp πηνίο επαγωγέα (ποντίκι # 580-22R224C, $ 0.59) LED1 5mm LEDQ1 TIP-121 Darlington driver or similarR1 100KR2 (Firewire) 10KR2 (USB) 22KR3 100KR4 22KR6 330 OHMR7 10KRP1 MCPC8 (mouser #579-MCP1525ITO, $ 0.55) -ή- 2.7 volt/400ma zener με αντίσταση 10K (R3) (έκδοση zener αναφοράς PCB) -ή- stabistor 2 βολτ με αντίσταση 10K (R3) (έκδοση αναφοράς zener PCB) X1 Firewire/ IEEE1394 6 ακίδων ορθής γωνίας, συνδετήρας οριζόντιας βάσης PCB: Kobiconn (mouser #154-FWR20, $ 1,85) -ή- EDAC (mouser #587-693-006-620-003, $ 0,93)

Βήμα 4: FIRMWARE

FIRMWARΠλήρεις λεπτομέρειες του υλικολογισμικού SMPS περιγράφονται στο εγχειρίδιο nixie SMPS. Για όλες τις μαθηματικές και βρώμικες λεπτομέρειες του SMPS, διαβάστε το nixie tube boost converter instructionable: (https://www.instructables.com/ex/i/B59D3AD4E2CE10288F99001143E7E506/?ALLSTEPS) Το υλικολογισμικό είναι γραμμένο σε MikroBasic, ο μεταγλωττιστής είναι δωρεάν. προγράμματα έως 2K (https://www.mikroe.com/). Εάν χρειάζεστε προγραμματιστή PIC, σκεφτείτε τον ενισχυμένο πίνακα προγραμματιστών JDM2 που είναι επίσης αναρτημένος στις οδηγίες (https://www.instructables.com/ex/i/6D80A0F6DA311028931A001143E7E506 /?ALLSTEPS). Βασική λειτουργία υλικολογισμικού: 1. Όταν εφαρμόζεται η ισχύς, ξεκινά ο PIC.2. Ο PIC καθυστερεί για 1 δευτερόλεπτο για να σταθεροποιηθούν οι τάσεις.. PIC καταγράφει τις τιμές ανάγνωσης, κύκλου λειτουργίας και περιόδου ADC στο EEPROM. Αυτό επιτρέπει κάποια προβλήματα λήψης και βοηθά στη διάγνωση καταστροφικών αποτυχιών. Η διεύθυνση EEPROM 0 είναι ο δείκτης εγγραφής. Ένα αρχείο καταγραφής 4 byte αποθηκεύεται κάθε φορά που το SMPS ξεκινά (ξανά). Τα πρώτα 2 byte είναι υψηλό/χαμηλό ADC, το τρίτο byte είναι χαμηλότερο 8 bit αξίας κύκλου λειτουργίας, το τέταρτο byte είναι η τιμή περιόδου. Συνολικά 50 βαθμονομήσεις (200 byte) καταγράφονται πριν ο δείκτης εγγραφής κυλήσει και ξεκινήσει ξανά στη διεύθυνση EEPROM 1. Το πιο πρόσφατο αρχείο καταγραφής θα βρίσκεται στο δείκτη-4. Αυτά μπορούν να διαβαστούν από το τσιπ χρησιμοποιώντας έναν προγραμματιστή PIC. Τα άνω 55 byte αφήνονται ελεύθερα για μελλοντικές βελτιώσεις. 5. Ο PIC εισέρχεται στον ατελείωτο βρόχο - μετριέται η τιμή ανατροφοδότησης υψηλής τάσης. Εάν είναι κάτω από την επιθυμητή τιμή, οι καταχωρητές κύκλου λειτουργίας PWM φορτώνονται με την υπολογιζόμενη τιμή - ΣΗΜΕΙΩΣΗ: τα δύο κάτω δυαδικά ψηφία είναι σημαντικά και πρέπει να φορτωθούν στο CPP1CON, τα πάνω 8 μπι περνούν στο CRP1L. Εάν η ανατροφοδότηση είναι πάνω από την επιθυμητή τιμή, ο PIC φορτώνει τους καταχωρητές κύκλου λειτουργίας με 0. Αυτό είναι ένα σύστημα «παράλειψης παλμών». Αποφάσισα να παραλείψω τον παλμό για δύο λόγους: 1) σε τόσο υψηλές συχνότητες δεν υπάρχει πολύ πλάτος εργασίας (0-107 στο παράδειγμά μας, πολύ λιγότερο σε υψηλότερες τάσεις τροφοδοσίας) και 2) είναι δυνατή η διαμόρφωση συχνότητας, και δίνει πολύ περισσότερα περιθώρια προσαρμογής (35-255 στο παράδειγμά μας), αλλά ΜΟΝΟ Η ΚΑΘΟΛΟΓΗΣΗ ΔΙΠΛΗ ΜΠΟΦΕΡΕΤΑΙ ΣΤΟ HARDWARE. Η αλλαγή της συχνότητας ενώ λειτουργεί το PWM μπορεί να έχει «περίεργα» αποτελέσματα. Αλλαγές: Το υλικολογισμικό λαμβάνει μερικές ενημερώσεις από την έκδοση SMPS του σωλήνα nixie. 1. Οι συνδέσεις καρφιτσών αλλάζουν. Ένα LED απαλείφεται, χρησιμοποιείται ένας ενιαίος δείκτης led. Το pin out εμφανίζεται στην εικόνα. Οι περιγραφές με κόκκινο χρώμα είναι προεπιλεγμένες εκχωρήσεις καρφιτσών PIC που δεν μπορούν να αλλάξουν. 2. Ο αναλογικός ψηφιακός μετατροπέας αναφέρεται τώρα σε εξωτερική τάση στον πείρο 6 και όχι στην τάση τροφοδοσίας. 3. Καθώς οι μπαταρίες εξαντλούνται, η τάση τροφοδοσίας θα αλλάξει. Το νέο υλικολογισμικό πραγματοποιεί μια μέτρηση τάσης τροφοδοσίας κάθε λίγα λεπτά και ενημερώνει τις ρυθμίσεις του διαμορφωτή πλάτους παλμού. Αυτή η "επαναβαθμονόμηση" διατηρεί τον επαγωγέα σε λειτουργία αποτελεσματικά καθώς οι μπαταρίες αποφορτίζονται. 4. Ο εσωτερικός ταλαντωτής ρυθμίζεται στα 4 MHz, μια ασφαλής ταχύτητα λειτουργίας στα περίπου 2,5 βολτ. 5. Διορθώθηκε η καταγραφή, ώστε να μην χρειάζεται να ρυθμιστεί τίποτα στο EEPROM για να ξεκινήσει στη θέση 1 ένα φρέσκο PIC. Πιο εύκολο να το καταλάβετε για αρχάριους. 6. Ο χρόνος εκφόρτισης του επαγωγέα (εκτός χρόνου) υπολογίζεται τώρα στο υλικολογισμικό. Ο προηγούμενος πολλαπλασιαστής (το ένα τρίτο εγκαίρως) είναι ανεπαρκής για τόσο μικρές αυξήσεις. Ο μόνος τρόπος για να διατηρηθεί η αποδοτικότητα καθ 'όλη τη διάρκεια της εκφόρτισης της μπαταρίας ήταν να επεκταθεί το υλικολογισμικό για τον υπολογισμό του πραγματικού χρόνου εκτός λειτουργίας. Οι τροποποιήσεις είναι πειραματικές, αλλά έκτοτε έχουν ενσωματωθεί στο τελικό υλικολογισμικό. Από το TB053 βρίσκουμε την εξίσωση εκτός ώρας: 0 = ((volts_in-volts_out)/coil_uH)*fall_time + coil_amps Mangle this to: fall_time = L_Ipeak/(Volts_out-Volts_in) όπου: L_Ipeak = coil_uH*coil_ampsL_Ipeak is used στο υλικολογισμικό (βλ. ενότητα υλικολογισμικού). Το Volts_in έχει ήδη υπολογιστεί για να καθορίσει τον επαγωγέα εγκαίρως. Το Volts_out είναι μια γνωστή σταθερά (5/USB ή 12/Firewire). Αυτό θα πρέπει να λειτουργεί για όλες τις θετικές τιμές του V_out-V_in. Αν λάβετε αρνητικές τιμές, έχετε μεγαλύτερα προβλήματα! Όλες οι εξισώσεις υπολογίζονται στο βοηθητικό υπολογιστικό φύλλο που περιλαμβάνεται στο NIXIE smps με οδηγίες. Η ακόλουθη γραμμή προστέθηκε στο τμήμα σταθερών του υλικολογισμικού που περιγράφεται στο βήμα CALIBRATION: const v_out ως byte = 5 'τάση εξόδου για τον προσδιορισμό εκτός χρόνου

Βήμα 5: ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ

Αρκετά βήματα βαθμονόμησης θα σας βοηθήσουν να αξιοποιήσετε στο έπακρο τον φορτιστή. Οι μετρημένες τιμές σας μπορούν να αντικαταστήσουν τις τιμές μου και να καταρτιστούν στο υλικολογισμικό. Αυτά τα βήματα είναι προαιρετικά (εκτός από την αναφορά τάσης), αλλά θα σας βοηθήσουν να αξιοποιήσετε στο έπακρο το τροφοδοτικό σας. Το υπολογιστικό φύλλο φορτιστή ipod θα σας βοηθήσει να εκτελέσετε τις βαθμονομήσεις. Να δημιουργήσετε v_out ως byte = τάση εξόδου 12 'για να προσδιορίσετε εκτός χρόνου, 5 USB, 12 Firewireconst v_ref ως float = 2,5' 2,5 για MCP1525, 1,72 για το stabistor μου, 2,7 ~ για ένα zener.consturn_ratio as float = 5,54 'πολλαπλασιαστής αναλογίας παροχής, βαθμονόμηση για καλύτερη ακρίβεια osc_freq ως float = συχνότητα ταλαντωτή 4' const L_Epeak as float = 170 'πηνίο uH * πηνίο συνεχείς (680 * 0.25 = 170, στρογγυλή προς τα κάτω) const fb_value as word = 447 'σημείο ρύθμισης τάσης εξόδου Αυτές οι τιμές βρίσκονται στο πάνω μέρος του κώδικα υλικολογισμικού. Βρείτε τις τιμές και ορίστε τα εξής: V_outΑυτή είναι η τάση εξόδου που θέλουμε να επιτύχουμε. Αυτή η μεταβλητή ΔΕΝ θα αλλάξει μόνη της την τάση εξόδου. Αυτή η τιμή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του χρόνου που χρειάζεται ο επαγωγέας για να αποφορτιστεί πλήρως. Είναι μια βελτίωση που έγινε στο υλικολογισμικό USB που μεταφέρθηκε στην έκδοση firewire. Εισαγάγετε 12, δηλαδή την τάση στόχου του firewire (ή 5 για USB). Δείτε το υλικολογισμικό: Αλλαγές: Βήμα 6 για πλήρεις λεπτομέρειες αυτής της προσθήκης. v_refΑυτή είναι η αναφορά τάσης του ADC. Αυτό είναι απαραίτητο για τον προσδιορισμό της πραγματικής τάσης τροφοδοσίας και τον υπολογισμό του χρόνου φόρτισης του πηνίου επαγωγέα. Πληκτρολογήστε 2.5 για το MCP1525 ή μετρήστε την ακριβή τάση. Για αναφορά zener ή stabistor, μετρήστε την ακριβή τάση: 1. ΧΩΡΙΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΑΣ - Συνδέστε ένα καλώδιο από τη γείωση (υποδοχή PIN8) στον πείρο πρίζας 5. Αυτό εμποδίζει τη θέρμανση του επαγωγέα και του τρανζίστορ ενώ η τροφοδοσία είναι ενεργοποιημένη, αλλά το PIC είναι δεν έχει τοποθετηθεί. 2. Εισάγετε μπαταρίες/ενεργοποιήστε την τροφοδοσία 3. Χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο μετρήστε την τάση μεταξύ του πείρου αναφοράς τάσης PIC (υποδοχή PIN6) και της γείωσης (πρίζα pin8). Η ακριβής τιμή μου ήταν 1,7 βολτ για το σταμπιστόρ και 2,5 βολτ για το MSP1525. 4. Εισαγάγετε αυτήν την τιμή ως σταθερά v_ref στο υλικολογισμικό. Supply_ratio Ο διαιρέτης τάσης τροφοδοσίας αποτελείται από μια αντίσταση 100K και 22K. Θεωρητικά η ανάδραση πρέπει να ισούται με την τάση τροφοδοσίας διαιρούμενη με 5,58 (βλ. Πίνακα 1. Υπολογισμοί δικτύου ανατροφοδότησης τάσης τροφοδοσίας). Στην πράξη, οι αντιστάσεις έχουν διάφορες ανοχές και δεν είναι ακριβείς τιμές. Για να βρείτε τον ακριβή λόγο ανατροφοδότησης: 4. Μετρήστε την τάση τροφοδοσίας (Τροφοδοσία V) μεταξύ του πείρου 1 και της γείωσης (πρίζα 8) ή μεταξύ των ακροδεκτών της μπαταρίας. 5. Μετρήστε την τάση ανάδρασης τροφοδοσίας (SFB V) μεταξύ του πείρου 3 και γείωση (πείρος υποδοχής 8).6. Διαιρέστε την παροχή V με SFB V για να λάβετε μια ακριβή αναλογία. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το "Table 2. Supply Voltage Feedback Calibration".7. Εισαγάγετε αυτήν την τιμή ως σταθερά τροφοδοσίας_FB στο υλικολογισμικό.osc_freqΑπλά η συχνότητα ταλαντωτή. Ο εσωτερικός ταλαντωτής 12F683 8Mhz διαιρείται με 2, μια ασφαλής ταχύτητα λειτουργίας στα περίπου 2,5 βολτ. 8. Εισαγάγετε μια τιμή 4. L_Ipeak Πολλαπλασιάστε το πηνίο επαγωγής uH με τους μέγιστους συνεχείς ενισχυτές για να λάβετε αυτήν την τιμή. Στο παράδειγμα, το 22r684C είναι ένα πηνίο 680uH με βαθμολογία 0,25 αμπέρ συνεχή. 680*0,25 = 170 (στρογγυλοποιήστε στον κάτω ακέραιο εάν χρειάζεται). Ο πολλαπλασιασμός της τιμής εδώ εξαλείφει μια μεταβλητή κυμαινόμενου σημείου 32 bit και υπολογισμό που διαφορετικά θα έπρεπε να γίνει στο PIC. Αυτή η τιμή υπολογίζεται στον "Πίνακα 3: Υπολογισμοί πηνίου".9. Πολλαπλασιάστε το πηνίο επαγωγέα uH με τους μέγιστους συνεχείς ενισχυτές: πηνίο 680uH με βαθμολογία 0,25 αμπέρ συνεχή = 170 (χρησιμοποιήστε τον επόμενο χαμηλότερο ακέραιο â € “170”.10. Εισαγάγετε αυτήν την τιμή ως σταθερά L_Ipeak στο υλικολογισμικό.fb_valueΑυτή είναι η πραγματική ακέραιη τιμή που θα χρησιμοποιήσει ο PIC για να καθορίσει εάν η έξοδος υψηλής τάσης είναι πάνω ή κάτω από το επιθυμητό επίπεδο. Πρέπει να το υπολογίσουμε επειδή δεν έχουμε αντίσταση κοπής για λεπτή ρύθμιση. 11. Χρησιμοποιήστε τον Πίνακα 4 για να προσδιορίσετε την αναλογία μεταξύ της τάσης εξόδου και ανάδρασης. (11.0) 12. Στη συνέχεια, εισαγάγετε αυτήν την αναλογία και την ακριβή αναφορά τάσης στον "Πίνακα 5. Αντιστοίχιση τιμής ADC υψηλής τάσης" για να καθορίσετε την τιμή fb_value. (447 με αναφορά 2,5 volt). 13. Αφού προγραμματίσετε το PIC, δοκιμάστε την τάση εξόδου. Mayσως χρειαστεί να κάνετε μικρές προσαρμογές στην τιμή καθορισμένης ανατροφοδότησης και να επανασυσκευάσετε το υλικολογισμικό έως ότου λάβετε έξοδο ακριβώς 12 βολτ. Λόγω αυτής της βαθμονόμησης, το τρανζίστορ και ο επαγωγέας δεν πρέπει ποτέ να ζεσταθούν. Ούτε πρέπει να ακούτε έναν ήχο κουδουνίσματος από το πηνίο επαγωγής. Και οι δύο αυτές συνθήκες υποδεικνύουν σφάλμα βαθμονόμησης. Ελέγξτε το αρχείο καταγραφής δεδομένων στο EEPROM για να προσδιορίσετε πού μπορεί να είναι το πρόβλημά σας.

Βήμα 6: ΔΟΚΙΜΗ

Υπάρχει ένα υλικολογισμικό για ένα PIC 16F737 και μια μικρή εφαρμογή VB που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καταγραφή μετρήσεων τάσης κατά τη διάρκεια ζωής των μπαταριών. Το 16F737 πρέπει να συνδεθεί σε σειριακή θύρα υπολογιστή με MAX203. Κάθε 60 δευτερόλεπτα η τάση τροφοδοσίας, η τάση εξόδου και η τάση αναφοράς μπορούν να συνδεθούν στον υπολογιστή. Μπορεί να γίνει ένα ωραίο γράφημα που δείχνει κάθε τάση στον χρόνο φόρτισης. Αυτό δεν χρησιμοποιήθηκε ποτέ επειδή ο φορτιστής δεν ήταν ποτέ λειτουργικός. Όλα έχουν επαληθευτεί ότι λειτουργούν. Το δοκιμαστικό υλικολογισμικό και ένα μικρό βασικό οπτικό πρόγραμμα για την καταγραφή της εξόδου, περιλαμβάνονται στο αρχείο του έργου. Σας αφήνω την καλωδίωση.

Βήμα 7: ΠΑΡΑΛΛΗΛΕΣ: USB

Μια έκδοση USB είναι δυνατή με μερικές τροποποιήσεις. Η φόρτιση USB δεν είναι μια επιλογή για το 3G iPod που διατίθεται για δοκιμή. Το USB τροφοδοτεί 5,25-4,75 βολτ, ο στόχος μας είναι 5 βολτ. Ακολουθούν οι αλλαγές που πρέπει να γίνουν: 1. Μεταφέρετε σε υποδοχή τύπου USB 'A' (ποντίκι #571-7876161, 0,85 $) 2. Αλλάξτε το διαχωριστικό αντίστασης τάσης εξόδου (αλλάξτε R2 (10K) σε 22K).3. Αλλάξτε το zener προστασίας εξόδου (D3) σε 5,6 volt 1 watt (mouser #78-1N4734A, 0,07 $). Ένα zener 5,1 volt θα ήταν ακριβέστερο, αλλά τα zeners έχουν σφάλματα όπως οι αντιστάσεις. Εάν προσπαθήσουμε να χτυπήσουμε έναν στόχο 5 volt και το zener των 5,1 volt έχει σφάλμα 10% στη χαμηλή πλευρά, όλες μας οι προσπάθειες θα καούν στο zener. 4. Αλλάξτε το πηνίο επαγωγέα (L1) σε 220uH, 0,49amp (ποντίκι # 580 -22R224C, $ 0.59). Εισαγάγετε νέες σταθερές βαθμονόμησης, σύμφωνα με την ενότητα βαθμονόμησης: Ρυθμίστε το V_out στα 5 βολτ. Βήμα 8 & 9: L_Ipeak = 220*0.49 = 107.8 = 107 (στρογγυλοποίηση στον επόμενο χαμηλότερο ακέραιο, εάν απαιτείται).5. Τροποποιήστε το σημείο ρύθμισης εξόδου, υπολογίστε εκ νέου τον πίνακα 4 και τον πίνακα 5 στο υπολογιστικό φύλλο. Πίνακας 4 - Εισάγετε 5 βολτ ως έξοδο και αντικαταστήστε την αντίσταση 10Κ με 22Κ (σύμφωνα με το βήμα 2). Διαπιστώνουμε ότι σε έξοδο 5 βολτ, με διαχωριστικό δίκτυο 100Κ/22Κ, η ανάδραση (Ε1) θα είναι 0,9 βολτ. Στη συνέχεια, κάντε οποιαδήποτε αλλαγή στην αναφορά τάσης στον Πίνακα 5 και βρείτε το σημείο ρύθμισης ADC. Με αναφορά 2,5 volt (MCP1525) το σημείο ρύθμισης είναι 369,6. Δείγματα σταθερών για την έκδοση USB: const v_out ως byte = 5 'τάση εξόδου για προσδιορισμό εκτός λειτουργίας, 5 USB, 12 Firewireconst v_ref ως float = 2,5' 2,5 για MCP1525, 1,72 για το stabistor μου, ~ 2,7 για zener. κατασκευάστε την παροχή_αριθμός ως float = 5,54 'πολλαπλασιαστής αναλογίας παροχής, βαθμονόμηση για καλύτερη ακρίβεια osc_freq ως float = συχνότητα ταλαντωτή 4' σταθερό L_Epeak as float = 107 'πηνίο uH * ενισχυτές πηνίου συνεχούς (220 * 0,49 = 107, στρογγυλοποίηση προς τα κάτω) const fb_value as word = 369 'point set voltage point Το υλικολογισμικό και το PCB για την έκδοση USB περιλαμβάνονται στο αρχείο του έργου. Μόνο η έκδοση αναφοράς τάσης MCP μετατράπηκε σε USB.