خانه / چگونه بسازیم / الکترونیکی / آموزش طراحی و ساخت منبع تغذیه با ولتاژ دوگانه و جریان بالا

آموزش طراحی و ساخت منبع تغذیه با ولتاژ دوگانه و جریان بالا

در این ساختنی طرز ساخت منبع تغذیه با ولتاژ دوگانه ۱۲ و ۵ ولتی و جریان ۳ آمپی را یاد می‌گیرید. قطعه اصلی این منبع تغذیه تراشه مبدل DC-DC TPS54383 است. این منبع تغذیه در انواع پروژه‌های الکترونیکی کارایی دارد اما بطور خاص برای سیستم خانه هوشمند طراحی شده است. با ساختنی همراه شوید.

دلیل انتخاب تراشه TPS54383 برای ساخت منبع تغذیه کارایی بالای آن است. اگر قرار است سیستمی‌که منبع تغذیه به آن وصل است همیشه روشن باشد، این قطعه اهمیت زیادی خواهد داشت. یکی دیگر از کارایی‌های بخصوص این تراشه برای سیستم‌هایی است که فقط با یک باتری تغذیه می‌شوند. تراشه TPS54383 قابلیت محافظت اضافه جریان را هم دارد؛ یعنی وقتی خروجی یک به حداکثر ولتاژ برسد، خروجی دوم بدون آسیب دیدن مدار فعال می‌شود.

برای ساخت منبع تغذیه با جریان و ولتاژ بالا سر و کار خواهید کرد (به ویژه اگر از ترانسفورماتور برای کاهش ولتاژ سیستم استفاده کنید). پس دقت کنید و اگر درباره اتصالات اطمینان ندارید، آنها را ایجاد نکنید. درباره کوچکترین تردیدهایتان تحقیق و پرس‌و‌جو کنید. قبل از مونتاژ برد هم تمام ورودی‌های جریان را قطع کنید. خروجی را به هیچ وجه کوتاه نکنید و صرف وجود قطعات محافظتی در مدار خروجی‌ها را بدون رعایت اصول ایمنی تست نکنید.

گام اول: طراحی منبع تغذیه

شماتیک منبع تغذیه
شماتیک منبع تغذیه

این منبع تغذیه، یک منبع تغذیه سوئیچینگ است؛ درست مثل پاور کامپیوتر (SMPS). تراشه ای که ما برای ساخت منبع تغذیه سوئیچینگ استفاده می‌کنیم، خیلی گران نیست اما خیلی ارزان هم نیست. به همین خاطر بهتر است نگاهی به دیتاشیت آن بیایندازید. دیتاشیت را از این لینک دانلود کنید و اگر وقت ندارید همه بخش‌های آن را مطالعه کنید، برای تنظیم ولتاژ دلخواه تان به بخش design example مراجعه کنید.

خروجی ولتاژ منبع تغذیه ای که طراحی آن را در تصویر بالا می‌بینید، ۱۲ و ۵ ولتی است. این مدار برای برد بورد طراحی نشده و برای ساخت آن باید یک برد مدار چاپی بسازید. ما فایل‌های CAM برد را در اختیارتان قرار می‌دهیم تا بتوانید برد را با کیفیت بالا بسازید.

مدار منبع تغذیه با توجه به نمونه مدارهای دیتاشیت طراحی شده است. اگر قصد دارید مدار را تغییر بدهید یا شخصی سازی کنید، توصیه می‌کنیم با ابزار رایگان TINA9-TI آن را شبیه سازی کنید (فایل‌های شبیه سازی مدار منبع تغذیه در فایل پیوست زیر موجود است).

ما قصد داشتیم کل مدار را از طریق یک جریان AC اصلی تغذیه کنیم و به همین خاطر یک پل یکسوساز کامل و چند خازن هموارساز (C1، C2، C3 و C4) در مدار می‌بینید. چیزی که در مدار نمی‌بینید یک ترانسفورماتور toroid است که جریان AC اصلی را تا ۱۸ ولت کاهش می‌دهد. کل سیستم با یک باتری که ورودی اصلی است، کار می‌کند. توصیه ما باتری‌های NiMh یا LiIon است چون معمولاً ظرفیت جریان بیشتری دارند. در واقع دلیل اصلی انتخاب تراشه TPS54383 کارایی بالای آن (۸۵+ درصد) است که برای مدارهایی که با باتری تغذیه می‌شوند و همیشه روشن هستند، بسیار مناسب است.

اجزای کلیدی طراحی مدار

برای هر کدام از خروجی‌های منبع تغذیه، قطعات زیر خروجی ولتاژ را مشخص کنید:

  • L1 و L2 – اندازه القاگرها متناسب با ولتاژ خروجی تغییر خواهند کرد (۴۷uH برای ۱۲ ولت، ۲۲uH برای خروجی‌های ۵ ولت و ۳٫۳ ولت).
  • شبکه فیدبک روی پین‌های FB، R5، R7، R6 و R8
  • برای خروجی ۱۲ولت – R5: 51.1K، R7: 3.83K
  • برای خروجی ۵ ولت – R5: 20K، R7: 3.65K
  • برای خروجی ۳٫۳ ولت – R5: 20K، R7: 6.34K

اگرچه این مقادیر، مقادیر استاندارد این قطعات نیستند اما در فروشگاه‌های آنلاین پیدا می‌شوند. اگر می‌خواهید از این منبع تغذیه برای سیستمی‌که همیشه روشن است، استفاده کنید باید پین‌های EN1 و EN2 را به زمین وصل کنید. در غیر این صورت می‌توانید با اتصال یک میکروکنترلر به این پین‌ها، منبع تغذیه را روشن و خاموش کنید.

قطعات اختیاری

قطعه C4 برای خروجی‌های ولتاژ بالا ضروری است اما برای خروجی‌های کمتر از ۵ ولت، به این قطعه نیاز دارید. خازن‌های C9، C10، C13 و C14 هم اختیاری هستند اما ما آنها را در ساخت منبع تغذیه استفاده کرده ایم. شبکه RC روی تقسیم کننده ولتاژ پین‌های FB1 و FB2 که برای کاهش زنگ پین FBx تراشه استفاده می‌شوند هم اختیاری هستند.

فایل‌های مورد نیاز برای ساخت مدار منبع تغذیه را از لینک زیر دانلود کنید (رمز فایل saakhtani.ir است).

گام دوم: طراحی برد مدار چاپی

طراحی برد رگولاتور سوئیچینگ کار دشواری است و به همین خاطر مرحله طراحی برد مدار چاپی کمی‌وقت گیر خواهد بود (اگر بخواهید برد را مجدداً طراحی کنید). برای ساخت منبع تغذیه از روش ground plane استفاده شده تا نویز به حداقل برسد و در نتیجه کارایی سیستم بیشتر بشود. برد مدار چاپی دو ground plane دارد که با یک جامپر بهم وصل می‌شوند. به این ترتیب سیگنال و برق برد ایزوله می‌شوند.

بردی که در تصاویر بالا می‌بینید، نسخه نهایی نیست. بردی که با استفاده از فایل‌های زیر خواهید ساخت، اندازه کوچکتری خواهد داشت و با تراشه TPS54383 سازگاری بیشتری دارد.

اگر می‌خواهید از منبع تغذیه برای رزبری پای یا سیستم‌های MCU مستقل استفاده کنید، بردتان نیاز به کانکتور USB خواهد داشت. در فایل‌های زیر می‌توانید این نسخه از برد را هم پیدا کنید. این نسخه از برد حداکثر یک آمپ جریان را از پین‌هایش عبور می‌دهد.

قبل از اینکه ساخت برد مدار چاپی را شروع کنید، نوع برد را با توجه به کاربرد منبع تغذیه انتخاب کنید.

گام سوم: ساخت منبع تغذیه

بعد از اینکه طراحی مدار و برد منبع تغذیه را کامل کردید، می‌توانید ساخت منبع تغذیه را شروع کنید. ابتدا باید برد مدار چاپی را بسازید. کیفیت برد در این پروژه اهمیت زیاد دارد؛ پس این مرحله را با دقت انجام بدهید.

بعد از ساخت برد می‌توانید لحیم کردن قطعات را شروع کنید. ابتدا قطعات سطح برد را لحیم کنید. کار را با تراشه شروع کنید؛ تراشه یک هیت پد دارد که باید به Signal ground وصل بشود. یک هیت پد روی برد مدار چاپی برای لحیم کاری کافی است اما دو هیت پد در لایه‌های بالایی و زیری قرار گرفته اند تا بتوانید تراشه را با دست هم لحیم کنید.

سپس نوبت به قطعاتی می‌رسد که از طریق سوراخ‌ها نصب می‌شوند که به ترتیب از کوتاه ترین به بلندترین قطعه اضافه می‌شوند. برای خروجی مدار می‌توانید از خازن‌هایی که روی سطح نصب می‌شوند استفاده کنید (C11 و C12) اما ما خازن‌هایی را انتخاب کردیم که از طریق سوراخ‌ها نصب می‌شوند. دلیلش هم ارزانتر بودن این خازن‌ها بود.

می‌توانید پل‌های درون خطی را با با پل‌هایی که خودتان می‌سازید، جایگزین کنید اما بهتر است اینکار را نکنید چون تمام پایه‌ها باید در معرض دید باشند. خازن خروجی بزرگ (C1) روی ۳۵ ولت درجه بندی شده اما می‌توانید درجه بندی آن را به ۲۵ تا ۱۶ ولت کاهش بدهید.

دو کانکتور برق با اندازه‌های متفاوت روی برد وجود دارد که می‌توانید یکی از آنها را انتخاب کنید. فقط دقت کنید که این دو ورودی‌های جداگانه نیستند که بتوانید دو منبع مختلف به آنها وصل کنید. این دو کانکتور یک ورودی هستند اما قابلیت اتصال کانکتورهای مختلف را به شما می‌دهند. فقط باید یکی از آنها را انتخاب کنید. اگر قصد دارید از باتری به عنوان منبع استفاده کنید، کانکتور P1 را انتخاب کنید. می‌توانید تمام قطعات کاملاً یکوساز (P2 و P3، C1 تا C4 و پل D1) را حذف کنید و از فضای خالی ایجاد شده برای اضافه کردن باتری استفاده کنید.

ابعاد برد منبع تغذیه ۳٫۱ در ۱٫۱ اینچ است و تمام سوراخ‌ها هم سایز M2 استاندارد هستند.

گام چهارم: تست منبع تغذیه

برای تست منبع تغذیه از چهار مولتی متر استفاده کنید. دو مولتی متر را به پورت‌های خروجی وصل کنید (P4 و P5). دو مقاومت با اندازه کوچک اما درجه قدرت بالا را به صورت سری به بار وصل کنید و با مولتی مترها سه تا چهار بار ولتاژ عبوری از مقاومت‌ها را اندازه بگیرید. با توجه به ولتاژ و اندازه مقاومت‌ها می‌توانید جریان را اندازه بگیرید.

از این منبع تغذیه می‌توانید به مدت طولانی و برای تغذیه سیستم‌های مختلف استفاده کنید. اما توصیه می‌کنیم ابتدا با توجه به بازه‌های زمانی که برای استفاده مداوم از منبع تغذیه در نظر دارید، یک بازه زمانی میانگین انتخاب کنید و منبع تغذیه را در طول آن مدت تست کنید تا از کارایی بلندمدت آن مطمئن شوید.

منبع

خلاصه مطلب
آموزش طراحی و ساخت منبع تغذیه با ولتاژ دوگانه و جریان بالا
عنوان مطلب
آموزش طراحی و ساخت منبع تغذیه با ولتاژ دوگانه و جریان بالا
توضیح کوتاه
این منبع تغذیه برای سیستم‌هایی که همیشه باید روشن باشند، مناسب است.
نویسنده
ساختنی

بیشتر بخوانید:

با شلوارهای جین کهنه کوله پشتی بدوزید شلوار جین خیلی به درد می خورد؛ می توانید با آن کیف قمقه، کیف موبایل، کیف تبلت و بند ساعت بدوزید یا در حین استفاده از آن ژیلت‌هایتان را تیز کنید. در ای...
آموزش ساخت: پرنده چوبی زیبا بسازید در این پست ساختنی، نحوه ساخت یک پرنده چوبی بسیار زیبا را می آموزید. اگر به نجاری و کارهای هنری با چوب علاقه دارید، تجربه ساخت این پرنده چوبی را از دست...
بدون پمپ آب دستگاه آبیاری اتوماتیک گیاهان بسازید... در این ساختنی آموزش ساخت یک سیستم آبیاری اتوماتیک را یاد می گیرید که با نمونه قبلی یک فرق مهم دارد. این دستگاه بدون پمپ آب ساخته می شود. استفاده از دس...
برای جشن ها و مهمانی ها ریسه رنگی درست کنید... اگر یک جشن پیش رو دارید و دنبال ایده های ارزان و شیک برای تزیین خانه می گردید، این ریسه رنگی را امتحان کنید. ساخت این ریسه ها بسیار ساده است و مهمتر ا...
آموزش ساخت قفسه زیورآلات دیواری فقط با کارتن!... قبلاً در ساختنی آموزش ساخت قفسه زیورآلات چوبی را یاد گرفته اید. اگر برای مرتب کردن زیورآلات و لوازم آرایشی به یک قفسه ساده تر و کوچک تر نیاز دارید، قف...
آموزش ساخت : مونوپاد بسازید و سلفی بگیرید... مونوپاد یکی از چیزهایی است که همیشه توی کیف و وسایل سلفی بازها پیدا میشود. اگر شما هم مونوپاد لازم دارید، چرا خودتان آن را نسازید؟ هم در هزینه هایتان ...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

با دستگاه برش لیزری ربات چوبی منعطف و بادوام بسازید

قبلاً در ساختنی آموزش ساخت ربات مقوایی را یاد گرفته اید. آن ربات قابل برنامه …

پاسخ دهید