Otro SMPS Boost regulado más pequeño (sin SMD): 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Nombre completo del proyecto:

Otra fuente de alimentación de modo de conmutación de convertidor de CC a CC regulada más pequeña del mundo que utiliza THT (tecnología de orificio pasante) y sin SMD (dispositivo de montaje en superficie)

Vale, vale, me tienes. Tal vez no sea más pequeño que este creado por la empresa Murata Manufacturing, pero definitivamente es algo que puede construir usted mismo en casa utilizando elementos y herramientas comúnmente accesibles.

Mi idea era crear una fuente de alimentación conmutada compacta para mis pequeños proyectos basados en microcontroladores.

Este proyecto también es una especie de tutorial sobre cómo crear rutas en una PCB utilizando un cable sólido en lugar de construir rutas con una soldadura.

¡Vamos a hacerlo!

Paso 1: diseño

Puede encontrar muchos diseños personalizados de fuentes de alimentación de bolsillo, pero la mayoría de ellos que encontré tenían 2 mayores desventajas:

• Son fuentes de alimentación lineales, lo que significa que no son muy eficientes,
• No están regulados o regulados por pasos.

Mi convertidor elevador es una fuente de alimentación conmutada con un voltaje de salida regulado suave (a través de una resistencia regulada). Si desea leer más, hay un excelente documento en microchip.com que explica las diferentes arquitecturas, los pros y los contras del uso de SMPS.

Como chip IC base para mi fuente de alimentación conmutada, elegí el chip MC34063 muy popular y comúnmente disponible. Se puede utilizar para construir convertidores reductores (reductores), elevadores (elevadores) o inversores de voltaje simplemente agregando algunos elementos externos. Dave Jones hizo una muy buena explicación de cómo diseñar SMPS usando MC34063 en su video de YouTube. Te recomiendo encarecidamente que lo veas y sigas los cálculos de los valores de cada elemento.

Si no desea hacerlo manualmente, puede utilizar la calculadora en línea para MC34063 para satisfacer sus necesidades. Puede usar este de Madis Kaal o el diseñado para voltajes más altos en changpuak.ch.

Elegí elementos que solo se apegaron aproximadamente a los cálculos:

Elegí los condensadores más grandes que podían caber en la placa. Los capacitores de entrada y salida son 220µF 16V. I Necesita un voltaje de salida más alto o necesita un voltaje de entrada más alto, elija condensadores que se ajusten

• Inductor L: 100µH, este fue el único que obtuve con el tamaño del chip en sí.
• Usé el diodo 1N4001 (1A, 50V) en lugar de un diodo Shotky. La frecuencia de conmutación de este diodo es de 15 kHz, que es menor que la frecuencia de conmutación que utilicé, pero de alguna manera todo el circuito funciona bien.
• Condensador de conmutación Ct: 1nF (da una frecuencia de conmutación ~ 26kHz)
• Resistencia de protección actual Rsc: 0.22Ω
• Resistencia variable que representa la relación de resistencia R2 a R1: 20kΩ

Consejos

• Elija la frecuencia de conmutación (eligiendo el condensador de conmutación adecuado) en un rango de Su diodo (eligiendo el diodo de Shotky en lugar de uno de uso general).
• Elija los condensadores con más voltaje máximo del que desea proporcionar como entrada (condensador de entrada) o acceda a la salida (condensador de salida). P.ej. Condensador de 16V en la entrada (con mayor capacitancia) y capacitor de 50V en la salida (con menos capacitancia), pero ambos relativamente del mismo tamaño.

Paso 2: Materiales y herramientas

Materiales que utilicé, pero los valores exactos dependen en gran medida de sus necesidades:

• Chip MC34063 (Amazon)
• Condensador de conmutación: 1nF
• Condensador de entrada: 16 V, 220 µF
• Condensador de salida: 16 V, 220 µF (recomiendo 50 V, 4,7 µF)
• Diodo de conmutación rápida: 1N4001 (algunos diodos Shotky son mucho más rápidos)
• Resistencia: 180Ω (valor arbitrario)
• Resistencia: 0.22Ω
• Resistencia variable: 0-20 kΩ, pero puede usar 0-50 kΩ
• Inductor: 100 µH
• Placa PCB prototipo (BangGood.com)
• Algunos cables cortos

Herramientas necesarias:

• Estación de soldadura (y utilidades a su alrededor: alambre de soldadura, resina si es necesario, algo para limpiar una punta, etc.)
• Alicates, alicates diagonales / alicates laterales
• Sierra o herramienta rotativa para cortar el tablero
• Expediente
• Cinta adhesiva (sí, como herramienta, no como material)
• usted

Paso 3: Colocación de elementos: comienzo

Dedico mucho tiempo a organizar elementos en el tablero en tal configuración, por lo que ocupa el menor espacio posible. Después de muchos intentos y fracasos, este proyecto presenta lo que terminé. En este momento, creo que esta es la ubicación más óptima de elementos usando solo un lado del tablero.

Estaba considerando poner elementos en ambos lados, pero luego:

• soldar seria muy complicado
• En realidad, no ocupa menos espacio
• SMPS tendría una forma irregular, por lo que montarlo en p. Ej. un pantano o con una batería de 9V muy difícil de lograr

Para conectar los nodos, utilicé una técnica de usar un cable desnudo, doblarlo en la forma esperada de un camino y luego soldarlo a la placa. Prefiero esta técnica en lugar de usar una soldadura, debido a:

• El uso de soldadura para "conectar los puntos" en un PCB lo considero una locura y de alguna manera inapropiado. Hoy en día, el alambre de soldadura contiene una resina que se utiliza para desoxidar la soldadura y la superficie. Pero usar soldadura como constructor de caminos, hace que la resina se vaporice y deje expuestas algunas partes oxidadas, lo que considero no tan bueno para el circuito en sí.
• En PCB que utilicé, unir 2 "puntos" con una soldadura es casi imposible. La soldadura se adhiere a los "puntos" sin hacer una conexión intencionada entre ellos. Si usa la PCB donde los "puntos" están hechos de cobre y están muy cerca unos de otros, entonces parece más fácil hacer las conexiones.
• El uso de soldadura para crear rutas utiliza solo … mucha soldadura. Usar un cable es menos "caro".
• En caso de error, puede ser muy difícil eliminar la ruta de soldadura antigua y reemplazarla por una nueva. Usar la ruta de cableado es una tarea relativamente mucho más sencilla.
• El uso de cables hace que la conexión sea mucho más confiable.

La desventaja es que se necesita más tiempo para dar forma al cable y soldarlo. Pero si obtienes algo de experiencia, ya no es una tarea difícil. Al menos yo lo solía usar.

Consejos

• La regla principal para colocar los elementos es cortar las patas sobrantes del otro lado del tablero, lo más cerca posible del tablero. Nos ayudará más adelante cuando coloquemos el cable para construir caminos.
• No uses las patas del elemento para crear caminos. Generalmente es una buena idea hacerlo, pero si comete un error, o su elemento necesita ser reemplazado (por ejemplo, está roto), entonces es realmente difícil hacerlo. Deberá cortar el cable de ruta de todos modos y, debido a que las patas están dobladas, puede ser un desafío sacar el elemento del tablero.
• Intente construir caminos desde el interior del circuito hacia el exterior, o de un lado al otro. Trate de evitar situaciones en las que necesite crear una ruta, pero ya se crearon otras rutas alrededor. Puede ser difícil sujetar el cable de ruta.
• No corte el cable de ruta a la longitud / forma final antes de soldar. Tome un cable de ruta más largo, déle forma, use una cinta para sujetar el cable de ruta en una posición en la placa, suéldelo y finalmente córtelo en un punto deseado (ver fotos).

Paso 4: Colocación de elementos - Tarea principal

Solo necesitas seguir el esquema y colocar el elemento uno a uno, cortando las patas sobrantes, soldarlo lo más cerca posible de la placa, dar forma al hilo de paso, soldarlo y cortar. Repite con otro elemento.

Propina:

Puedes comprobar en las fotos cómo coloqué cada elemento. Intente seguir el esquema proporcionado. En algunos circuitos complejos que se ocupan de altas frecuencias, etc., los inductores se colocan separados en el tablero debido al campo magnético que puede interferir con otros elementos. Pero en nuestro proyecto simplemente no nos importa este caso. Es por eso que coloqué el inductor directamente encima del chip MC34063 y no me preocupan las interferencias

Paso 5: cortar la tabla

Necesita saber antes, que las placas de circuito impreso son realmente duras y debido a esto son difíciles de cortar. Primero intenté usar una herramienta rotativa (foto). La línea de corte es muy suave, pero tardó mucho en cortarla. Decidí cambiar a una sierra normal para cortar metal y para mí funcionó bien en general.

Consejos:

• Corta la placa antes de soldar todos los elementos. Primero coloque todos los elementos (sin soldar), marque los puntos de corte, retire todos los elementos, corte la placa y luego vuelva a colocar los elementos y suéldelos. Durante el corte, debe cuidar los elementos ya soldados.
• Preferiría usar una sierra en lugar de una herramienta rotativa, pero esto probablemente sea algo individual.

Paso 6: Dar forma

Después de cortar, usé una lima para suavizar los bordes y redondear las esquinas.

El tamaño final del tablero fue de 2,5 cm de largo, 2 cm de ancho y 1,5 cm de alto.

El proyecto en su forma aproximada está terminado. Es hora de probar …

Paso 7: Prueba de funcionamiento

Conecté la placa a una franja de LED (12 LED) que necesita una fuente de alimentación de 12V. Configuré la entrada de 5V (privada por puerto USB) y usando una resistencia regulada configuré la salida de 12V. Funciona perfectamente. Debido al consumo relativamente alto de corriente, el chip MC34063 se estaba calentando. Dejé el circuito con la franja LED encendida durante unos minutos y se mantuvo estable.

Paso 8: Resultado final

Considero que es un gran éxito que un SMPS tan pequeño pueda alimentar este tipo de dispositivo de consumo de corriente como 12 LED.