Fuente de alimentación para bricolaje: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Siempre quise una fuente de alimentación portátil hecha especialmente para placas de pruebas. Como no lo encuentro a la venta, tuve que hacer el mío. Te invito a hacer lo mismo.

PCB patrocinado por JLCPCB. $ 2 por PCB y envío gratis Primer pedido:

Características:

• Salidas 5V 1A.
• Se conecta a cualquier tablero estándar de 400 u 830 puntos.
• Cargador con protección contra sobrecarga, sobredescarga y sobrecorriente.
• Indicador de batería con LED bicolor (verde 50-100%, amarillo 20-50%, rojo 0-20%).
• Salida de ruido / ondulación baja con diodo de supresión.

Paso 1: Materiales

Materiales principales:

• Batería de iones de litio 18650. Saqué el mío de una computadora portátil rota. Usé una para este proyecto para hacer todo lo más compacto / liviano posible, pero podrías usar dos baterías en paralelo para aumentar la capacidad. Si usa dos baterías, asegúrese de que sean 100% de la misma marca, modelo, antigüedad / desgaste y capacidad, y que tengan una carga similar en el momento en que las conecte. Compre aquí:
• Módulo cargador TP4056 con protección de batería. Existe una versión sin protección de batería que no deberías comprar. Asegúrate de comprar el que tiene 6 conexiones, como en la imagen. Compre aquí:
• Módulo convertidor boost MT3608. Tiene un potenciómetro para seleccionar el voltaje. En este caso elijo 5V. Compre aquí:
• Botón de autobloqueo nominal de 3 A / 125 V con un diámetro de orificio de 12 mm. Compre aquí:
• Condensador electrolítico 470µF 25V. Esto reduce la caída de tensión cuando introducimos una carga considerable. Compre aquí:
• Condensador cerámico 100nF. Reduce la ondulación / ruido de alta frecuencia. Compre aquí:
• Condensador cerámico 1nF. Reduce la ondulación / ruido de muy alta frecuencia. Compre aquí:
• Diodo Schottky 1A 40V. Esto es para proteger los componentes conectados en la placa de pruebas de picos de alto voltaje causados por cualquier bobina en el circuito. Compre aquí:
• Tablero perfilado de 2x8cm. Compre aquí:
• Cabezales macho x2 de doble fila 2x3 de 2,54 mm. Algunos nanos arduino baratos vienen con estos y generalmente no los sueldo, así que los tomé para este proyecto. Puedes comprarlos con un ángulo de 90 grados que podría ser una mejor opción para facilitar la instalación. Compre aquí:

• Epoxi:

Nota: Como asociado de Amazon, gano con las compras que califican.

Materiales para indicador de batería (opcional):

• LED bicolor de 3 mm (rojo-verde). Puse diagramas y archivos gerber de PCB para LED de ánodo común y cátodo común para que cualquiera funcione. Solo asegúrese de que tenga suficiente difusión que al encender ambos LED al mismo tiempo resulte en un color amarillo uniforme. Hay muchos LED bicolores de mala calidad en los que ambos colores no se mezclan bien. Compre aquí:
• Amplificador operacional NE5532P. Compre aquí:
• Transistor S8050 NPN. Sin embargo, prácticamente cualquier transistor NPN funcionaría. Compre aquí:

• Resistencias (1% de 1 / 4W o 1 / 8W):

  • R1: 6.2K para el lado negativo del divisor de voltaje para el amplificador operacional 2IN + que controla cuando el LED rojo se enciende. Compre aquí:
  • R2: 2.2K para el lado positivo del divisor de voltaje para el amplificador operacional 2IN + que controla cuando el LED rojo se enciende. Compre un kit de resistencias que incluya este valor y la mayoría de los demás:
  • R3: 51K para que la retroalimentación cambie el voltaje de referencia cuando el LED rojo se enciende para tener una transición sólida.
  • R4: 2K para LED rojo. Este valor puede ser diferente según su LED.
  • R5: 6.8K para el lado negativo del divisor de voltaje para el amplificador operacional 1IN- que controla cuando el LED verde se apaga.
  • R6: 2.7K para el lado positivo del divisor de voltaje para el amplificador operacional 1IN- que controla cuando el LED verde se apaga. Compre aquí:
  • R7: 100K para que la retroalimentación cambie el voltaje de referencia cuando el LED verde se apaga para tener una transición sólida.
  • R8: 100 para LED verde. Este valor puede ser diferente según su LED.
  • R9: 5.1K para la entrada de transistor. El transistor NPN funciona como inversor para la salida, por lo que la retroalimentación tiene la polaridad correcta.
  • R10: Desplegable de 2K para la entrada del transistor.

Nota: Todos los valores de resistencia para los divisores de voltaje y la retroalimentación son muy críticos para lograr el resultado deseado. Si cambia un valor de resistencia, es posible que desee cambiar otras resistencias para compensar. O si intencionalmente desea cambiar el voltaje donde los LED se encienden / apagan, puede hacerlo cambiando los valores de estas resistencias.

Materiales opcionales:

• Ánodo común LED bicolor de 3 mm (rojo-verde) para el indicador del cargador. El módulo del cargador tiene dos LED integrados: uno rojo para indicar que se está cargando; y uno azul para indicar que el proceso de carga ha finalizado. Este LED bicolor podría reemplazar esos LED si lo desea. Compre aquí:
• Resistencia de 2.2K para reemplazar el R3 en el módulo del cargador para establecer la corriente de carga máxima en alrededor de 500mA, en lugar de 1A por defecto. Es una resistencia de montaje en superficie, pero como solo compro resistencias de orificio pasante, la usé.

Paso 2: preparación

Antes de soldar nada, pruebe todos los componentes, especialmente los módulos.

El convertidor elevador tiene un potenciómetro para seleccionar el voltaje de salida. Asegúrese de dejarlo a 5V antes de soldarlo a otros componentes porque no quiere que esté configurado a alto voltaje cuando lo encienda por primera vez con todo conectado. Podría soplar el condensador electrolítico o quemar el amplificador operacional en el indicador de batería. Para ajustar el convertidor elevador hay que conectarlo a la batería y a un multímetro. Gire en el sentido de las agujas del reloj para disminuir el voltaje; gire en sentido antihorario para aumentar el voltaje.

Si planea hacer algunas modificaciones en el módulo del cargador, hágalo ahora antes de conectarlo a otros componentes. Hay tres modificaciones que hice. Primero reemplazo la resistencia R3 a 2.2K para establecer la corriente de carga máxima en alrededor de 500mA, en lugar del 1A que es por defecto. La razón es que el IC se calienta mucho durante la carga. Quería disminuir la temperatura reduciendo la corriente de carga. Por supuesto que se tarda más en cargar la batería, pero en mi opinión es lo suficientemente rápido.

La segunda modificación fue reemplazar los dos indicadores LED por un ánodo común de LED bicolor (rojo-verde). Hice esto para lucir mejor y encajar en mi diseño, pero no tienes que hacer esto.

Y lo último que le hice al módulo cargador fue reforzar la soldadura en los lados del conector micro USB. Este conector es susceptible de frenar, por lo que recomiendo agregar más soldadura entre la carcasa metálica del conector y la PCB. Sin embargo, no me atrevería a meterme con las conexiones eléctricas reales en la parte posterior. Tenga cuidado de no agregar demasiada soldadura porque podría entrar en el conector y dañarlo.

He visto adaptadores de corriente para placas de prueba (sin baterías) que se enchufan en el extremo de la placa de pruebas y podrías tomar ese diseño si eso es lo que quieres, pero generalmente coloco nanos arduino en ambos extremos de las placas de prueba y no quería cualquier cosa que bloquee su conector USB.

Paso 3: indicador de batería (opcional)

Diseño un indicador de batería muy básico con un LED bicolor (rojo-verde) que se ilumina en verde cuando la batería está al 50% (3.64V) o más; se vuelve amarillo cuando está entre 50% y 20% (3,64 V - 3,50 V); y rojo cuando está por debajo del 20% (3,50 V). Utiliza un amplificador operacional para crear dos disparadores schmitt para evitar que los LED parpadeen en el umbral.

Quería ser muy compacto, así que recomiendo usar mi diseño. O incluso mejor, cargue mi archivo gerber y pida mi PCB personalizado en un sitio web como JLCPCB.com. De esa manera, solo tiene que soldar los componentes sin tener que lidiar con las conexiones en la PCB. Ahora mismo tienen una promoción en la que puedes comprar 10 PCB pequeños por 2 USD y envío gratis para el primer pedido.

Diseño los PCB en easyEDA, por lo que puede cargar el proyecto e incluso cambiar el diseño de la forma que desee.

Cátodo común LED bicolor:

Ánodo común LED bicolor:

Paso 4: Montaje

Primero suelde los 3 condensadores a la salida del convertidor elevador. Estos condensadores ayudan a reducir cualquier ondulación y ruido causado por el convertidor elevador o las cargas en la salida. Sugiero encarecidamente instalarlos. Si no tiene esos valores exactos, coloque valores similares en su lugar.

Después de probar el circuito principal, corte la placa perfilada de 2x8 cm para dejar espacio para los montantes que algunas placas de prueba tienen a su lado. Si no hace esto, su banco de baterías no sería compatible con algunos tipos de placas de prueba, al menos no sin conectar los rieles de alimentación al revés. No todas las placas de prueba tienen los pernos en el mismo lado, y algunas incluso tienen 4 pernos en lugar de los tradicionales 3. Si eliges diseñar el banco de baterías para que se conecte en los extremos de las placas de prueba, es posible que aún necesites hacer espacio para los montantes que algunas placas de pruebas tienen en esos extremos también.

Coloque los pines macho de 2x3 en una placa de pruebas para usarlos como guía para soldarlos a la placa de perforación en la posición correcta.

Agregue el diodo Schottky (1A 40V o más) en la salida. Este diodo protege cualquier componente conectado en el riel de potencia de picos de alto voltaje causados por bobinas como relés, motores, inductores, solenoides, etc. Asegúrese de que el lado negativo del diodo (línea blanca) vaya al lado positivo de la salida.

Para el estuche / tapa utilicé cartón negro. No es la mejor opción porque es inflamable pero puedes usar lo que quieras.

Paso 5: Conclusión

Algunos consejos importantes:

• No use el banco de energía mientras se carga. El proceso de carga desactiva algunas funciones de protección que podrían dañar la batería y la carga podría provocar una situación de sobrecarga. Además, tener la protección contra sobrecorriente desactivada podría dañar incluso la placa de pruebas.
• La protección contra sobrecorriente reacciona muy rápido, por lo que corta la energía cuando detecta un cortocircuito. Para restablecer esto, apague la alimentación durante unos 3 segundos.

Datos relevantes:

Estos son los resultados de algunas de mis pruebas. Puede ser diferente al suyo, pero puede usarlo como referencia de lo que puede esperar:

• Tiempo de carga de vacío a lleno (a 560 mA): 4:30 horas.
• Con una carga de 50 mA, una batería completa duró 23 horas y 17 minutos.
• Con una carga de 500 mA, una batería completa duró 2 horas y 21 minutos. Esto es alrededor de 1630 mAh en la salida.
• Observé una caída de voltaje constante máxima en la salida de 0.03V cuando estaba conectado a una carga de 500mA, por lo que, en general, genera una salida de 5V muy estable. He visto otros convertidores impulsores más pequeños en los que reducen el voltaje en 0,7 V por debajo de 5 V (4,3 V), lo que me parece inaceptable.
• Los voltajes para el indicador de batería se establecen en aproximadamente 50% = 3,64 V, 20% = 3,50 V. La retroalimentación cambia el valor a +/- 0,7 V. Puede probar diferentes valores de resistencia para alterar los voltajes donde los LED se encienden / apagan, pero mis valores recomendados se basan en mis pruebas y cálculos, y deberían aplicarse para la mayoría de las baterías 18650.

Es posible utilizar dos baterías en paralelo para duplicar la capacidad. También construí esa versión, pero obviamente es más grande y pesada, así que no es mi primera opción. Tú decides qué versión construir.

Eso es todo. Si tiene alguna pregunta, hágamelo saber.

Buena suerte.