DIY, Electronics, Switching buck and boost Nokia car power source.

Hakkurivirtalähde, DIY

Kuvaus: Muutetaan kännykän autolaturin komponentteja siten, että saadaan virtalähde, joka antaa n. 300 mA @ 5V. Teksti sisältää enemmänkin informaatiota MC34063 hakkuripiirin käytöstä.

Tässä käytetty laturi löytyi puhelinliikkeen poistolaatikosta hintaan 1 Eur.
Laturin aktiivisena komponenttina toimii MC34063 ( PDF )(PDF) , joka pystyy antamaan max 1.5 A virran hyötysuhteella n. 80 % ja toimimaan BUCK ja BOOST hakkurina kytkennästä riippuen. Kytkennän komponenttiarvojen laskemiseen on olemassa hyvä sivu . Werkosta löytyviin dokumentteihin kannattaa suhtautua varauksella. Erityisesti kytkentäkaavioissa näyttää olevan virheitä.

Rojua

Tässä kävi juuri niin, kuin arvasinkin. Kävin viikonloppuna kirpputorilla ja nyt on nurkassa laatikollinen (n. 80 kpl) Nokian latureita. Ikinä en saa itse tuollaista määrää kulumaan loppuun, joten ilmoittele, jos tarvitset.

Varoitus

Huolimatta pyrkimyksestä huolellisuuteen esityksessä saattaa olla virheitä. Tarkista lähtöjännite mittarilla ennenkuin kytket laitetta lopulliseen kohteeseensa !

Koska laitteet käyttävät toimiakseen sähköä, joka saattaa osaamattomissa käsissä olla vaarallista,
KIELLÄN EHDOTTOMASTI KOKEILEMASTA OHEISIA KYTKENTÖJÄ !
Jos kaikesta huolimatta kokeilet niitä, vastuu on kokonaisuudessaan sinun.

Kuvat

Valokuvat on otettu kännykameralla. Valmistajasta tai siitä, mihin kännykkään tämä laturi on tarkoitettu, ei ole aavistustakaan


Laturi ennen leikkausta.


Laturi aukeaa irroittamalla autopistokkeen hatun, jonka alla on sulakepesä


Modifioitu laturi

Kuva ei ole oikeassa mittakaavassa. Merkinnät viittaavat kytkentäkaavioon

Modifiointiin riittää keltaisella merkittyjen vastusten vaihtaminen. Tähdellä merkitty hyppylanka tuo Uin jännitteen 7805-kantaa vastaavalle liitosalueelle.

R1 ja R2 muodostavat jännitejaon, joka määrää lähtöjännitteen:
Uout = 1.25 V * (R1 + R2) / R1

Alkuperäisten vastusten arvoja en mitannut vaan korvasin ne seuraavasti:

  • R1: 3 kOhm
  • R2: 1 kOhm
( Vastusarvoilla 10k & 3k3 päästään lähtöjännitteeseen 5.04 V, mikä on kohtuullisen lähellä TTL-piirien kaipaamaa, eikä tarvitse metsästää 3 kOhm vastusta. )

Rsc määrää suurimman antovirran ja sen pitää kestää koko läpi kulkeva virta Ipk.
Alkuperäisessä kytkennässä tämä vastus on 0.5 Ohm, joten sitä ei tarvinnut vaihtaa.
Vastuksessa tapahtuva tehohäviö lasketaan P = I * I * R
300 mA virralla 0.5 Ohm vastuksella tehohäviö on P = 0.3 * 0.3 * 0.5 W = 0.045 W , joten neljännes-Watin vastuksen pitäisi kestää:

  • 50 mA @ 3 Ohm, P=0.0075 W
  • 100 mA @ 1.5 Ohm, P=0.015 W
  • 150 mA @ 1 Ohm P=0.0225 W
  • 200 mA @ 0.75 Ohm, P=0.03 W
  • 300 mA @ 0.5 Ohm, P=0.045 W
  • 500 mA @ 0.3 Ohm, P=0.075 W
  • 750 mA @0.2 Ohm, P=0.1125 W
Koska kytkentä oli tarkoitettu korvaamaan olemassa olevassa laitteessa ( MDR-150, HAM huom, valokuva tulossa myöhemmin) oleva 7805, tinasin kortin kytkentäalueelle jäykät liitoslangat, jotka taas tinasin alkuperäisen 7805 paikalle. Koska liitoslangat jäivät hieman pitkiksi, n 1.5 cm, käytin eristettyä lankaa oikosulkujen estämiseksi. Samalla poistin 7805:n jäähdytyslevyn.

Alkuperäinen Ru on n. 3.3 Ohm. Korvasin sen testien ajaksi 0.5 Ohm vastuksella.

Mikäli tehonkulutus halutaan minimoida, voi kortilta irroittaa tuon kaksivärisen LED:n ja/tai sen virranrajoitusvastukset RL1 ja RL2. Transistorin Tr tehtävänä on ohjata LED:ä. Kun hakkuri on kytketty jännitteeseen, palaa LED vihreänä. Kun hakkurista otetaan virtaa, muuttuu väri punaiseksi. Tr:n voi irroittaa ja Ru:n korvata suoralla langalla.

D = 1N5819 Schotky.

KUVA KORTTI
R1 R1
R2 R4
Ru R8
Rsc R3
RL R9
RL R10
L L2











MC34063 BUCK eli stepdown -hakkurina autolaturissa.
Piirikortilla olevat komponentit eivät noudata kuvan merkintöjä,

Mallikuvat


MC34063 BUCK eli stepdown -hakkurina

MC34063 BOOST eli stepup hakkurina.

MC34063 inverter -hakkurina. ( Tätä kuvaa vastaava modifikaatio alkuperäiseen autolaturiin löytyy alempaa tältä sivulta )

Muutama kuva antovirran kasvattamisesta

- ! ! Nämä kuvat on otettu tähän tarkastamatta. Suhtaudu epäillen.


Stepup = Boost


StepDown = Buck

Inverting

Buck-Boost

Buck-Boost -kytkennällä saadaan haluttu lähtöjänite, vaikka tulojänite vaihtelisi lähtöjännitettä isompana tai pienempänä. Asiaa on käsitelty Wikissä niin hyvin, että suosittelen tutkimaan sen hartaudella.

Toinen hyvä sivusto on myös National Semiconductorilla , missä on käsitelty Buc, Boost ja Buck-Boost -virtalähteiden problematiikkaa toisin sanoin.

Kannattaa myös tutustua Supertexin (PDF) sekä Allegro Micro Systemsin (PDF) julkaisuihin.

Alla olevat kuvat ovat esimerkkejä Buck-Boost -kytkennöistä.


Invertoivan Buck-Boost -periaate
Kannattaa huomata, että kuorman '+' on kytketty lähteen negatiiviseen napaan. Tämä saattaa aiheuttaa savun muodostusta, mikäli kuormana on esimerkiksi tietokone, joka taas kytketään vaikkapa RS232:n kautta toiseen, virtalähteeseen kytkettyyn laitteeseen.
Jos kuormana on kondensaattori, sen ja lähteen '+' -napojen välilla on jännite Vin + Vout.


CUK Buck-Boost
http://www.supertex.com/pdf/app_notes/AN_H51.pdf

Cascaded Buck-Boost
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=01296049


Buck (Step Down) ja Boost (Step Up) erikseen
(Boost -kuvassa oleva C1 on oleellinen toiminnan kannalta. Alkuperäisestä kuvasta se oli jätetty pois, koska oli oletettu sen sisältyvän virtalähteeseen.)


Ei-invertoiva Buck-Boost toteutettuna MC34063 -piirillä
Tämä kytkentä ei noudata suoraan edellä ollutta Buck-Boost -periaatemallia.
Tällä kytkennällä saavutetaan se, että sekä lähteen, että kuorman '+' -liitännät ovat maapotentiaalin samalla puolella

Edellisen Buck-Boost -kytkennän jatkokehitelmä virrankeston kasvattamiseksi.
Tätä kytkentää ei ole testattu. Se jätetään kokeilijan kotiläksyksi. Muutoksen voi toteuttaa myös FET:llä. Esimerkiksi 2955 tilalle voidaan sovitella P-kanavainen IRF9530N tai IRF6540N. 3055 tilalle sovitetaan N-kanavainen IRF510, IRF530 tai IRF540. Vaihdon vaatimia muutoksia kytkentään ei käsitellä tässä.
Kytkentää voisi ajatella käyttävänsä esimerkiksi aurinkokennon kytkemiseksi akkuun tai sellaisen laitteen virtalähteenä, jonka käyttöjännite on 12V.

Mikäli syötettvä laite on tarkka käyttöjännitteestään, eikä hyväksy korkeataajuista rippeliä, kannattaa kaikkien hakkuriteholähteiden yhteydessä käyttää lisäsuodatusta, lineaariregulaattoria tai vastaavaa jännitteen vakavointia. Useimmat laitteet eivät ole näin vaativaisia.


Buck-Boost esimerkkikytkentä MC34063 -piirillä

Modifiointi invertoivaksi

Monessa tapauksessa tarvittaisiin virtalähdettä, jolla on laaja tulojännitealue. Itselläni on esimerkkinä tehonsyöttö paristoilta, akuilta tai aurinkopanelilta. Esimerkiksi paristosta on vielä saatavissa tehoa jonkin verran vielä senkin jälkeen, kun sen normaali alin käyttöjännite on saavutettu. Kannattaa siis käyttää montaa paristoa sarjaan kytkettynä ja pudottaa jännite kulutuslaitteelle sopivaksi hakkurilla. Kun paristojen jännite laskee alle laitteen kaipaaman, hakkuri nostaa paristoilta saatavan jännitteen riittäväksi.
Tällä tempulla virransyöttö ei katkea myöskään silloin, kun yksi paristoista romahtaa.

Yleensä tähän tarjotaan ratkaisuksi Buck-Boost -rakennetta. On kuitenkin olemassa yksinkertaisempikin ratkaisu.
Invertoiva kytkentä toimii tiippumatta tulojännitteestä, kunhan se on sallituissa rajoissa
Invertoivaa kytkentää käytettäessä pitää muistaa, että lähtöjännitteen maa EI OLE sama, kuin tulevan jännitteen maa ! Ylläoleva autolaturi on suhteellisen helppo muuttaa invertoivaksi. Koko ohje on kerätty oheiseen kuvaan. Ohjeen mukainen kytkentä on testattu ottojännitteillä 3.2V - 15.7V lähtöjännitteellä 5.0V. Kytkennän antamaa virtaa ja lähtöjännitteen vakavuutta eri kuormituksilla ei mitattu.

Linkkejä

"Black" transistoreilla
Cascaded Buck-Boost
CUK Buck-Boost
Tämän sivun kuvat
email to PTMUSTA