مصدر طاقة اللوح DIY: 5 خطوات (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

كنت أرغب دائمًا في الحصول على مصدر طاقة محمول مصنوع خصيصًا للوحات التجارب. نظرًا لأنني لم أجدها للبيع ، فقد اضطررت إلى صنعها الخاصة بي. وأدعو لك أن تفعل الشيء نفسه.

PCB برعاية JLCPCB. 2 دولار لثنائي الفينيل متعدد الكلور والشحن المجاني أول طلب:

سمات:

• مخرجات 5V 1A.
• قم بتوصيل أي لوح قياسي 400 أو 830 نقطة.
• شاحن مع الشحن الزائد والتفريغ الزائد وحماية التيار الزائد.
• مؤشر البطارية مع LED ثنائي اللون (أخضر 50-100٪ ، أصفر 20-50٪ ، أحمر 0-20٪).
• ناتج تموج / ضوضاء منخفض مع الصمام الثنائي الكبت.

الخطوة 1: المواد

المواد الرئيسية:

• بطارية ليثيوم أيون 18650. لقد أخذت خاصتي من جهاز كمبيوتر محمول مكسور. لقد استخدمت واحدة لهذا المشروع لجعل كل شيء مضغوطًا / خفيفًا قدر الإمكان ولكن يمكنك استخدام بطاريتين بالتوازي لزيادة السعة. إذا كنت تستخدم بطاريتين ، فتأكد من أنهما 100٪ من نفس العلامة التجارية والطراز والعمر / الاستهلاك والسعة ، وأنهما يتمتعان بشحنة مماثلة في اللحظة التي تقوم فيها بتوصيلهما. اشترِ من هنا:
• وحدة شاحن TP4056 مع حماية البطارية. هناك نسخة بدون حماية للبطارية لا يجب عليك شراؤها. تأكد من شراء الجهاز الذي يحتوي على 6 وصلات ، تمامًا مثل الصورة. اشتري من هنا:
• MT3608 وحدة تحويل دفعة. يحتوي على مقياس جهد لتحديد الجهد. في هذه الحالة اخترت 5V. اشتري من هنا:
• زر القفل الذاتي مصنّف عند 3 أمبير / 125 فولت بقطر ثقب 12 مم. اشتري من هنا:
• مكثف إلكتروليتي 470 درجة فهرنهايت 25 فولت. هذا يقلل من انخفاض الجهد عندما نقدم حمولة كبيرة. اشترِ من هنا:
• مكثف سيراميك 100nF. يقلل من تموج / ضوضاء عالية التردد. اشتري من هنا:
• مكثف سيراميك 1nF. يقلل من تموج / ضوضاء عالية التردد. اشتري من هنا:
• الصمام الثنائي Schottky 1A 40V. هذا لحماية المكونات المتصلة على اللوح من ارتفاعات الجهد العالي التي يسببها أي ملف على الدائرة. اشتري من هنا:
• لوح بيرف بورد 2x8 سم. اشترِ من هنا:
• X2 صف مزدوج 2x3 2.54mm رؤوس ذكر دبوس. تأتي بعض نانو اردوينو الرخيص مع هذه وعادة ما لا أقوم بلحامها لذا أخذتها لهذا المشروع. يمكنك شرائها بزاوية 90 درجة والتي قد تكون خيارًا أفضل لتسهيل التثبيت. اشتري من هنا:

• الايبوكسي:

ملاحظة: بصفتي أحد شركاء Amazon ، أكسب من عمليات الشراء المؤهلة.

مواد لمؤشر البطارية (اختياري):

• 3mm ثنائي اللون LED (أحمر-أخضر). أضع المخططات وملفات جربر ثنائي الفينيل متعدد الكلور للأنود المشترك ومصابيح الكاثود الشائعة حتى يعمل أي منهما. فقط تأكد من أنه يحتوي على ما يكفي من الانتشار بحيث عند تدوير كلا المصباحين في نفس الوقت سيؤدي إلى لون أصفر متساوٍ. هناك العديد من مصابيح LED ثنائية الألوان ذات الجودة السيئة حيث لا يختلط اللونان جيدًا. اشتري من هنا:
• NE5532P المرجع أمبير. اشترِ من هنا:
• الترانزستور S8050 NPN. عمليًا ، سيعمل أي ترانزستور NPN. اشتري من هنا:

• المقاومات (1٪ من 1/4 واط أو 1/8 واط):

  • R1: 6.2K للجانب السلبي من مقسم الجهد لجهاز op-amp 2IN + الذي يتحكم في وقت تشغيل مؤشر LED الأحمر. اشتري من هنا:
  • R2: 2.2K للجانب الإيجابي لمقسم الجهد لجهاز op-amp 2IN + الذي يتحكم في وقت تشغيل المصباح الأحمر. قم بشراء مجموعة المقاوم التي تتضمن هذه القيمة ومعظم غيرها:
  • R3: 51K للتغذية المرتدة لتغيير الجهد المرجعي عند تشغيل المصباح الأحمر للحصول على انتقال ثابت.
  • R4: 2K لمصباح LED أحمر. قد تختلف هذه القيمة حسب مؤشر LED الخاص بك.
  • R5: 6.8K للجانب السلبي من مقسم الجهد لجهاز op-amp 1IN- الذي يتحكم في وقت إيقاف تشغيل مؤشر LED الأخضر.
  • R6: 2.7K للجانب الإيجابي لمقسم الجهد لجهاز op-amp 1IN- الذي يتحكم في وقت إيقاف تشغيل مؤشر LED الأخضر. اشتري من هنا:
  • R7: 100K للتغذية المرتدة لتغيير الجهد المرجعي عندما ينطفئ المصباح الأخضر للحصول على انتقال قوي.
  • R8: 100 لمصباح LED أخضر. قد تختلف هذه القيمة حسب مؤشر LED الخاص بك.
  • R9: 5.1 كيلو لإدخال الترانزستور. يعمل ترانزستور NPN كعاكس للإخراج بحيث يكون للتغذية الراجعة قطبية صحيحة.
  • R10: 2K منسدل لإدخال الترانزستور.

ملاحظة: جميع قيم المقاوم لفواصل الجهد وردود الفعل بالغة الأهمية لتحقيق النتيجة المرجوة. إذا قمت بتغيير قيمة مقاومة واحدة ، فقد ترغب في تغيير المقاومات الأخرى للتعويض. أو إذا كنت تريد عن قصد تغيير الجهد حيث يتم تشغيل / إيقاف تشغيل مصابيح LED ، فيمكنك القيام بذلك بتغيير قيم المقاومات هذه.

المواد الاختيارية:

• 3mm ثنائي اللون LED (أحمر-أخضر) الأنود المشترك لمؤشر الشاحن. تحتوي وحدة الشاحن على مصباحي LED مدمجين: أحدهما أحمر للإشارة إلى الشحن ؛ وواحد أزرق للإشارة إلى انتهاء عملية الشحن. يمكن أن يحل هذا LED ثنائي اللون محل مصابيح LED هذه إذا كنت تريد ذلك. اشترِ من هنا:
• 2.2K المقاوم لاستبدال R3 على وحدة الشاحن لضبط الحد الأقصى لتيار الشحن إلى حوالي 500 مللي أمبير ، بدلاً من 1A افتراضيًا. هو مقاوم مثبت على السطح ، لكن نظرًا لأنني أشتري فقط المقاومات عبر الفتحات ، فقد استخدمت ذلك.

الخطوة الثانية: التحضير

قبل لحام أي شيء ، اختبر جميع المكونات ، وخاصة الوحدات.

يحتوي محول التعزيز على مقياس جهد لتحديد جهد الخرج. تأكد من تركه عند 5 فولت قبل اللحام بالمكونات الأخرى لأنك لا تريد ضبطه على جهد عالي عند تشغيله لأول مرة مع توصيل كل شيء. يمكنك تفجير المكثف الإلكتروليتي أو حرق جهاز op-amp على مؤشر البطارية. لضبط محول التعزيز ، يجب عليك توصيله بالبطارية ومقياس متعدد. انعطف في اتجاه عقارب الساعة لتقليل الجهد ؛ تحويل عقارب الساعة الحكيمة لزيادة الجهد.

إذا كنت تخطط لإجراء بعض التعديلات على وحدة الشاحن ، فقم بذلك الآن قبل الاتصال بالمكونات الأخرى. هناك ثلاثة تعديلات قمت بها. أولاً ، استبدل المقاوم R3 إلى 2.2 كيلو لتعيين الحد الأقصى لتيار الشحن إلى حوالي 500 مللي أمبير ، بدلاً من 1A افتراضيًا. والسبب هو أن IC يصبح ساخنًا جدًا عند الشحن. كنت أرغب في تقليل درجة الحرارة لتقليل تيار الشحن. بالطبع يستغرق شحن البطارية وقتًا أطول ، لكن في رأيي سريع بما يكفي.

كان التعديل الثاني هو استبدال مؤشري LED بمؤشر LED ثنائي اللون (أحمر-أخضر) مشترك. لقد فعلت هذا لأبدو أفضل وألائم تصميمي ، لكن ليس عليك القيام بذلك.

وآخر شيء فعلته لوحدة الشاحن هو تعزيز اللحام على جانبي موصل micro USB. هذا الموصل عرضة للفرملة ، لذا أوصي بإضافة المزيد من اللحام بين الغلاف المعدني للموصل وثنائي الفينيل متعدد الكلور. ومع ذلك ، لن أعبث بالتوصيلات الكهربائية الفعلية الموجودة في الخلف. احرص على عدم إضافة الكثير من اللحام لأنه قد يدخل داخل الموصل الذي يلفه.

لقد رأيت محولات طاقة للوحات التجارب (بدون بطاريات) يتم توصيلها بنهاية اللوح ويمكنك أن تأخذ هذا التصميم إذا كان هذا ما تريده ، لكنني عادةً ما أضع اردوينو نانوس على طرفي ألواح التجارب ولم أرغب أي شيء يحجب موصل USB الخاص بهم.

الخطوة 3: مؤشر البطارية (اختياري)

أقوم بتصميم مؤشر بطارية أساسي للغاية بمصباح LED ثنائي اللون (أحمر-أخضر) يضيء باللون الأخضر عندما تكون البطارية عند 50٪ (3.64 فولت) أو أعلى ؛ يتحول إلى اللون الأصفر عندما يكون بين 50٪ و 20٪ (3.64 فولت - 3.50 فولت) ؛ والأحمر عندما يكون أقل من 20٪ (3.50 فولت). يستخدم op-amp لإنشاء اثنين من مشغلات schmitt لمنع وميض LEDs على العتبة.

أردت أن أكون مضغوطًا جدًا لذا أوصي باستخدام تخطيطي. أو أفضل من ذلك ، قم بتحميل ملف gerber الخاص بي واطلب PCB المخصص من موقع ويب مثل JLCPCB.com. بهذه الطريقة ، عليك فقط لحام المكونات دون التعامل مع التوصيلات الموجودة على PCB. الآن لديهم عرض ترويجي حيث يمكنك شراء 10 ثنائي الفينيل متعدد الكلور صغير مقابل 2 دولار أمريكي وشحن مجاني للطلب الأول.

أقوم بتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور على easyEDA وبالتالي يمكنك تحميل المشروع وحتى تغيير التخطيط بالطريقة التي تريدها.

الكاثود المشترك LED ثنائي اللون:

الأنود المشترك LED ثنائي اللون:

الخطوة 4: التجميع

قم أولاً بتوصيل المكثفات الثلاثة بإخراج محول التعزيز. تساعد هذه المكثفات على تقليل أي تموج أو ضوضاء يسببها محول التعزيز أو الأحمال على الخرج. أقترح بشدة تثبيتها. إذا لم يكن لديك هذه القيم بالضبط ، فضع قيمًا متشابهة بدلاً من ذلك.

بعد اختبار الدائرة الرئيسية ، قم بقص لوح الأداء 2 × 8 سم لإفساح المجال للأزرار الموجودة في بعض ألواح التجارب على جانبها. إذا لم تقم بذلك ، فلن يكون بنك البطارية الخاص بك متوافقًا مع بعض أنواع ألواح التجارب ، على الأقل ليس بدون توصيل قضبان الطاقة للخلف. لا تحتوي جميع ألواح التجارب على مسامير على نفس الجانب ، بل إن بعضها يحتوي على 4 مسامير بدلاً من التقليدية 3. إذا اخترت تصميم بنك البطارية ليتم توصيله بأطراف ألواح التجارب ، فقد لا تزال بحاجة إلى توفير مساحة لـ الأزرار الموجودة في بعض ألواح التجارب على تلك الأطراف أيضًا.

ضع دبابيس الذكور 2 × 3 على لوح التجارب لاستخدامها كدليل لتوصيلها بلوحة التحكم في الموضع الصحيح.

أضف الصمام الثنائي شوتكي (1A 40V أو أكثر) على الخرج. يحمي هذا الصمام الثنائي أي مكون متصل بسكة الطاقة من ارتفاعات الجهد العالي التي تسببها ملفات مثل المرحلات والمحركات والمحثات والملفات اللولبية وما إلى ذلك. تأكد من أن الجانب السلبي من الصمام الثنائي (الخط الأبيض) يذهب إلى الجانب الإيجابي من الخرج.

بالنسبة للحالة / الغطاء ، استخدمت كرتونًا أسود. ليس الخيار الأفضل لأنه قابل للاشتعال ولكن يمكنك استخدام ما تريد.

الخطوة 5: الخاتمة

بعض النصائح المهمة:

• لا تستخدم بنك الطاقة أثناء الشحن. تؤدي عملية الشحن إلى تعطيل بعض ميزات الحماية التي قد تتسبب في تلف البطارية ، وقد يتسبب الحمل في زيادة الشحن. أيضًا ، قد يؤدي تعطيل حماية التيار الزائد إلى إتلاف حتى اللوح نفسه.
• تتفاعل حماية التيار الزائد بسرعة كبيرة لذا فهي تقطع الطاقة عندما تكتشف ماس كهربائى. لإعادة تعيين ذلك ، قم بإيقاف تشغيل الطاقة لمدة 3 ثوانٍ تقريبًا.

البيانات ذات الصلة:

هذه نتائج بعض اختباراتي. قد يكون مختلفًا عنك ولكن يمكنك استخدامه كمرجع لما يمكن توقعه:

• وقت الشحن من فارغ إلى ممتلئ (عند 560 مللي أمبير): 4:30 ساعات.
• مع حمولة 50 مللي أمبير ، استمرت بطارية كاملة 23 ساعة و 17 دقيقة.
• مع حمولة 500 مللي أمبير ، استمرت بطارية كاملة لمدة ساعتين و 21 دقيقة. هذا هو حوالي 1630mAh عند الإخراج.
• لقد لاحظت انخفاضًا أقصى للجهد الثابت عند خرج 0.03 فولت عند الاتصال بحمل 500 مللي أمبير ، لذلك بشكل عام ينتج 5 فولت مستقر للغاية. لقد رأيت محولات تعزيز أخرى أصغر حيث تسقط الجهد بمقدار 0.7 فولت تحت 5 فولت (4.3 فولت) والتي أجدها غير مقبولة.
• تم ضبط الفولتية لمؤشر البطارية على حوالي 50٪ = 3.64 فولت ، 20٪ = 3.50 فولت. تقوم التغذية الراجعة بتغيير القيمة إلى +/- 0.7 فولت. يمكنك تجربة قيم مقاومة مختلفة لتغيير الفولتية حيث يتم تشغيل / إيقاف تشغيل مصابيح LED ولكن القيم الموصى بها تستند إلى اختباراتي وحساباتي ، ويجب أن تنطبق على معظم بطاريات 18650.

من الممكن استخدام بطاريتين بالتوازي لمضاعفة السعة. لقد صنعت هذا الإصدار أيضًا ولكن من الواضح أنه أكبر وأثقل ، لذا فهو ليس خياري الأول. عليك أن تقرر أي إصدار لبناء.

هذا كل شيء. إذا كان لديك سؤال ، أعلمني.

حظا طيبا وفقك الله.