Suministro estabilizado de 5 V para concentrador USB: 16 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

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Este es un suministro estabilizado diseñado para ser utilizado con un concentrador USB alimentado por bus para entregar un suministro estabilizado de + 5 voltios a los dispositivos conectados a él.

Debido a la resistencia del cable de conexión y las resistencias introducidas para la detección de corriente para la protección contra sobrecorriente, el voltaje en el concentrador puede estar en cualquier lugar entre +4.5 V (cargado) y +5.5 V. Este circuito entregará un +5 V estabilizado en ambos casos, es decir, es un diseño reductor / elevador, que utiliza el chip regulador de modo de conmutación TPS63000 fabricado por Texas Instruments. Puede entregar +5 V a 500 mA desde voltajes de entrada tan bajos como 2 voltios, por lo que se puede agregar una batería recargable y su cargador (alimentado por USB) para convertirlo en un UPS USB para el concentrador USB.

Paso 1: preparación de la placa de circuito

Decidí hacer un diseño basado en el plano de tierra. El chip tiene diez almohadillas de soldadura y una almohadilla térmica para soldar, y este fue un método diferente para probar con este tipo de paquetes sin cables.

Se cortó a medida un trozo de papel revestido de cobre fenólico de una cara y se dibujó el contorno del chip en su lado sin revestir. Luego, con un destornillador pequeño afilado en un cincel, se quitó el material, haciendo un nicho para que el chip se asentara.

Paso 2: pegar el chip

Luego, el chip se pega en el espacio así excavado.

Esto es, estrictamente hablando, innecesario, pero me gustó la sensación de sacar el material de la PCB y fue divertido agregar algunas tres dimensiones al circuito.

Paso 3: las conexiones a tierra

Ahora que el chip está firmemente dentro de la placa, es hora de planificar la conexión de los cables de tierra.

Dado que el otro lado es un plano de tierra intacto, esto es fácil: simplemente taladre agujeros y suelde un cable.

Paso 4: Perforación de agujeros

Mirando el esquema, tres pads del ic deben estar conectados a tierra. Entonces se perforan tres agujeros en los lugares apropiados.

Paso 5: Cables de tierra de soldadura

Primero se sueldan tres cables en el lado de cobre, luego se doblan sobre el ic, se cortan a medida y se sueldan a las almohadillas y la almohadilla térmica central.

Paso 6: preparación del inductor

Un inductor de 2,2 microhenrios moldeado se calentó en una llama, se retiró su encapsulación y se contaron las vueltas (había 12). Luego se rebobinó con alambre nuevo sobre el núcleo de ferrita desnudo.

Decidí excavar el inductor (para protegerlo) para que su forma se haya marcado en el tablero. Todo esto es, por supuesto, realmente innecesario.

Paso 7: el inductor

Esta es otra vista del inductor preparado.

Paso 8: el orificio para el inductor

He hecho un bonito agujero para que se asiente el inductor.

Paso 9: el inductor en su lugar

Así es como se ve el inductor cuando se coloca en su lugar.

Paso 10: el filtro de entrada

La alimentación a la sección analógica del chip debe filtrarse mediante una resistencia en serie y un condensador a tierra. Estos componentes se han colocado en su sitio. Se levantó una lámina de cobre de otra placa desechada, se cortó en forma y se pegó en su lugar para conectar los componentes.

Esto convierte el diseño en un tablero de doble cara, más o menos.

Paso 11: el conector de salida y el condensador

Se puso en servicio un par de pines de una placa base antigua para la salida regulada de 5 voltios. El condensador de montaje en superficie de tantalio de 10 microfaradios se soldó a través de él.

Todas las resistencias y condensadores fueron rescatados de discos duros desechados.

Paso 12: las resistencias de retroalimentación

La entrada de retroalimentación del TPS63000 debe alimentarse con un voltaje de 500 milivoltios derivado de la salida. Con una salida nominal de 5 voltios, esto significa una relación de división de diez o dos resistencias, una nueve veces la otra.

Al saquear todas mis placas de montaje en superficie (en mi caja de basura) arrojé el par que ves en la figura. Se conectaron entre sí como se muestra, luego se conectaron a una batería y mi confiable multímetro verificó que la relación de división era de hecho diez. Si está confundido, a la izquierda hay una resistencia de 523K, es decir, 5, 2 y 3 seguidos de tres ceros, en ohmios. A la derecha hay una resistencia de 4,7 megaohmios, es decir, 4 y 7 seguidos de cinco ceros, en ohmios. 47 dividido por nueve es aproximadamente 5.23.

Paso 13: Las resistencias en su lugar

Las resistencias se han soldado en su lugar, aunque debido a las limitaciones de espacio, tuvieron que pegarse en posición vertical al condensador de salida.

Todo se mantiene unido con generosas aplicaciones de superpegamento; de lo contrario, las juntas de soldadura podrían romperse cada vez que la placa se caiga de la mesa. Ahora todo lo que queda es para el inductor y el condensador de entrada.

Paso 14: Nicho para el condensador, también

Decidí cortar la placa para el condensador de entrada y usar pines de soldadura para la conexión de entrada.

El contorno del condensador se ha marcado en la placa para recortarlo.

Paso 15: Trinchera de condensadores

La zanja de condensadores está lista para su uso.

Paso 16: el tablero terminado

El tablero está terminado, todos los componentes están en su lugar.

Fue probado. Primero, con dos celdas de linterna bastante débiles, no confiaba tanto en mi trabajo manual, y la salida era de 5.04 voltios. Eufórico con el éxito, lo probé con tres celdas buenas, un voltaje de entrada de 4.5 voltios, y la salida seguía siendo de 5.04 voltios. Luego probé el voltaje del puerto USB de mi computadora, alrededor de 5 voltios, aunque es probable que salte en los dos dígitos inferiores, y aún así la salida se mantuvo estable en los mismos 5.04 voltios. Entonces parece que esto funciona, al menos durante las pruebas preliminares. De acuerdo con la hoja de datos, comenzará a 1,9 voltios y aceptará un máximo de 5,5 voltios, y mantendrá constante su voltaje de salida. Es un convertidor reductor-elevador, lo que significa que puede aceptar voltajes de entrada por encima y por debajo de su voltaje de salida, cambiando entre modos automáticamente para mantener el voltaje estable. Podría alimentarse desde una celda recargable para mantener el voltaje de suministro USB incluso cuando el cable está desconectado de la computadora, si eso es bueno.