Fuente de alimentación de voltaje variable USB: 7 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

He tenido una idea para una fuente de alimentación variable alimentada por USB durante algún tiempo. Cuando lo diseñé, lo hice un poco más versátil, permitiendo no solo la entrada USB, sino cualquier cosa desde 3 VCC a 8 VCC a través de un conector USB o mediante conectores tipo banana. La salida utiliza el tipo de conector que vería en una verruga de pared y dos conectores tipo banana. Si le alimenta 5 voltios, puede variar la salida de 1.3 voltios a 20 voltios con una carga ligera con voltajes más bajos de hasta 200 mA. El frente presenta una pantalla digital que muestra los voltios y la corriente que va a la carga. En la imagen de arriba, estoy suministrando un mini osciloscopio con 9 voltios a 120 mA desde el suministro USB de 5 voltios desde un terminal USB de computadora portátil.

Suministros:

Partes

(1) resistencia de 240 ohmios, 1/4 vatio

(1) resistencia de 67 k, 1/4 vatio

(2) resistencias de 4,7 k 1/4 vatios

(3) resistencias de 1 k, 1/4 vatio

(3) transistores 2N3904

(1) IRF520 Mosfet o equivalente

(2) diodos de conmutación 1N914

(1) diodo 1N4007

(2) condensadores cerámicos de.01 uF (el esquema dice 8 nF o.008 uF pero.01 uF es más fácil de obtener)

(2) condensadores electrolíticos de 10 uF, 50 voltios

(1) condensador electrolítico de 470 uF 50 voltios

(1) inductor de 56 uH (se puede enrollar en un toroide pequeño si se desea)

(1) olla de recorte de 100k

(1) potenciómetro de 5k 1/2 vatios, cono lineal

(1) chip IC regulador de voltaje LM317 IC

(4) conectores banana (macho)

(1) conector USB de tamaño estándar (macho)

(1) módulo amperímetro voltímetro digital

(1) Vivienda

(1) Tablero perfilado o de creación de prototipos

(1) pomo negro con tensor de tornillos

Tubo termoretráctil

Varios colores de cable de conexión

Conectores de pala (varios tamaños)

Disipador de calor y compuesto de silicona para LM317

Instrumentos

Soldador, soldadura, pegamento termofusible, taladro con brocas, destornilladores surtidos, diferentes tipos de alicates pequeños, multímetro y osciloscopio

Paso 1: obtención de piezas

Usé intencionalmente piezas que son fáciles de encontrar y que pueden recuperarse de tableros electrónicos de desecho. El LM317 IC es muy común y los transistores 2N3904 son de uso general y se pueden sustituir por muchos tipos diferentes. El Mosfet también es muy común y se pueden usar otros tipos como sustituto siempre que el sustituto sea un Mosfet de canal N y tenga clasificaciones similares. El inductor no es crítico y se pueden usar muchos en el rango de 50 a 200 nH. Para este propósito, los rescato de las placas de controlador de bombillas CFL gastadas. Se puede utilizar cualquier tipo de caja de proyecto. Tenía este a mano, pero uno negro más barato es perfectamente adecuado. En cuanto al uso de la placa perf, es mi elección personal por la facilidad con la que se pueden realizar modificaciones.

Paso 2: teoría detrás del circuito

Las fotos de formas de onda anteriores muestran la progresión de la forma de onda. El primero muestra la forma de onda en la salida del multivibrador astable en la parte superior del diodo 1N914 de la derecha. El segundo muestra la forma de onda en la puerta del IRF520 y el último muestra la forma de onda en la fuente del IRF520.

El circuito utiliza un multivibrador astable de dos transistores que funciona a 18 kHz. La salida de onda cuadrada se toma de la parte superior de uno de los dos diodos 1N914. Los transistores son 2N3904 comunes. La onda cuadrada de bajo voltaje es impulsada por otro transistor 2N3904 que está polarizado de clase C. El transistor aumenta la onda cuadrada de entrada en un factor de aproximadamente 10 donde pasa a través de un capacitor electrolítico y un potenciómetro de 100k antes de ser aplicado a la puerta de un Mosfet IRF520. El Mosfet está cableado como un interruptor elevador con el terminal de fuente que tiene un estrangulador de 56 uH que regresa al suministro de 5 voltios. A medida que el Mosfet se enciende y luego se apaga abruptamente, el campo magnético en el inductor se forma y luego colapsa produciendo un EMF inverso. Este voltaje EMF trasero puede fluir a través del diodo 1N4007 y está en serie con el voltaje de la fuente. Esto se carga hasta la suma de los dos voltajes a través del electrolítico de 470 uF. Delante del condensador hay un chip regulador de voltaje LM317 configurado como una fuente de alimentación ajustable que se ajusta mediante el potenciómetro de 5k. El voltaje descargado es ajustable entre 1.3 voltios y 20 voltios. Un voltímetro y un amperímetro digitales están conectados al circuito para dar las lecturas adecuadas de voltaje y corriente en el panel frontal.

Paso 3: construya el multivibrador Astable y vea si funciona

Coloque el multivibrador Astable junto como se muestra en la imagen. Encienda con 5 voltios y la forma de onda en el colector del segundo transistor debe verse como el diente de sierra en la segunda foto con la frecuencia de aproximadamente 18 kHz.

Paso 4: agregue las secciones de búfer / amplificador y convertidor de impulso

Una vez que se ha determinado que el multivibrador astable está funcionando, puede agregar la sección de transistor de búfer. El potenciómetro de ajuste de 100 K se agrega para establecer el nivel de la entrada de señal al Mosfet. Después de montar el Mosfet, mientras toma precauciones antiestáticas, instale el diodo y el condensador electrolítico. Antes de instalar estas piezas, es posible que desee experimentar colocándolas en la placa de un experimentador mientras prueba varios valores de inductor. Desmonté un montón de CFL y descubrí que los inductores eran perfectos para este propósito, excepto que se calentaron con más de 100 mA pasando a través de ellos. Encontré que este inductor es perfecto ya que usa un cable más grueso. Puede utilizar inductores de 50 a 200 uH y obtendrá buenos resultados a esta frecuencia. Recomendaría conducir el Mosfet desde un generador de funciones mientras experimentas. Vaya de.5 voltios pico a pico hasta 5 voltios pico a pico. Coloque un voltímetro en el capacitor de 470 uF y observe cómo aumenta el voltaje a través del capacitor muchas veces el voltaje de entrada. Descargada, la mía subió a un exceso de 30 voltios. Asegúrese de que su electrolítico de 470 uF tenga una capacidad nominal de al menos 50 voltios.

Luz fluorescente compacta CFL

Paso 5: agregue el circuito LM317

Una vez que esté satisfecho con el rendimiento de la sección del convertidor de refuerzo Mosfet, puede instalar el LM317 y su disipador de calor. Descubrí que el LM317 se calentó y necesitaba un disipador de calor, pero no el Mosfet. Si la bobina se calienta, puede hacer un disipador de calor con papel de aluminio y un poco de pegamento. Usé una pequeña pieza de chapa de metal doblada alrededor de la bobina sin apretar y pegada en su lugar con pegamento termofusible.

Paso 6: Taladre los orificios en la caja, conecte los conectores tipo banana y monte la pantalla digital en la parte delantera

Taladre orificios en el panel frontal para el potenciómetro (1), (4) orificios para los conectores tipo banana y (2) para el cable USB y el enchufe tipo adaptador. Monte la placa de circuito en la posición que se muestra en la imagen y conecte todo. Descubrí que los enchufes banana que usé funcionaban mejor con conectores de pala conectados a ellos. Algunas marcas tienen conectores de soldadura en la parte posterior, por lo que depende del tipo de conector que uses.

Aseguré la placa en la base de la caja con un poco de pegamento termofusible para quitarla fácilmente si quiero hacer modificaciones en el circuito. La pieza frontal de plástico negro se cortó para adaptarse a la cara del panel del medidor. Estaba asegurado con pegamento termofusible. Una vez que todos los gatos estuvieron en su lugar en la parte trasera, el panel también se mantuvo en su lugar con pegamento termofusible.

Paso 7: Ensamblaje final y prueba

El último elemento que se debe conectar al dispositivo es el módulo de voltaje / corriente. El módulo viene con un cable negro y un cable blanco, estos van al suministro de voltaje de entrada. El cable naranja va a detectar el voltaje positivo de salida. Hay dos cables gruesos, negro y rojo, que van a la derivación de corriente. Estos van en serie con la carga de salida para hacerle saber cuánta corriente está consumiendo su carga. Los medidores no se registran si se invierte la polaridad. Descubrí que, por alguna razón, la corriente no me estaba leyendo con precisión, así que tuve que experimentar con diferentes grosores y tipos de cables. Una vez que obtuve las lecturas de corriente adecuadas, soldé los cables directamente a los terminales del módulo, deshaciéndome de las conexiones proporcionadas. Esto podría haber sido un problema solo con el módulo que estaba usando.

Este dispositivo comenzará a funcionar alrededor de una entrada de 3 VCC y con este voltaje le dará una salida de hasta 7 voltios a 60 mA. Con una entrada de 5 voltios, le dará un máximo de 11 voltios a 120 mA continuamente, sin sobrecalentar ninguno de los componentes. Un mejor disipador de calor le dará corrientes más altas. Esto estaba dentro del rango para el que quería usarlo.