Tutoriel de conception de régulateur 5V - Comment ça marche, comment concevoir un PCB altium
régulateur 5V , Comment ça marche :
conception de régulateur 5V :
C'est ce qui se passe lorsque nous fournissons trop de tension à nos composants électroniques. Les composants vont griller et même exploser. Pour éviter cela, nous avons besoin d'un régulateur de tension. Je vais vous montrer comment cela fonctionne, comment le concevoir et même le transformer en une carte de circuit imprimé entièrement fonctionnelle et professionnelle pour l'utiliser comme alimentation électrique et même pour charger un téléphone avec. Vous pouvez même télécharger une copie de ma carte de circuit imprimé à partir des liens dans la description vidéo ci-dessous.
Le but d'un régulateur de tension est de maintenir une tension de sortie constante même lorsque la tension d'entrée change. Pourquoi est-ce important ? Parce que les composants électroniques sont conçus pour fonctionner avec une certaine tension. Prenons cet exemple de LED. Si nous la connectons à une pile de 9 volts, elle sera instantanément détruite à jamais. C'est à cause de ce fil mince à l'intérieur de la LED.
En regardant sous un microscope, nous pouvons voir que la tension a poussé trop d'électrons à travers le fil, ce qui l'a fait brûler. Pour protéger la LED, nous avons besoin d'une résistance. Cela réduira le courant. Il s'agit simplement d'une résistance de 10 ohms, qui est connectée à mon alimentation variable en courant continu. Lorsque nous appliquons une petite tension, nous constatons que la LED fonctionne bien. Mais lorsque nous l'augmentons, la résistance prend feu et la LED est détruite. Donc l'utilisation d'une résistance fonctionne bien, mais la tension doit rester assez constante. Nous avons donc besoin d'un moyen d'assurer une tension de sortie constante même lorsque la tension d'entrée varie.
Disons que nous voulons maintenir une alimentation continue de 5 volts et suffisamment de courant pour charger un téléphone simple et bon marché. Nous voulons pouvoir connecter cela à plusieurs sources de tension, telles que des batteries de 9 volts ou peut-être de 12 volts.
Pour y parvenir, nous devons utiliser un composant de circuit intégré. Il y en a beaucoup à choisir, qui peuvent tous fonctionner à différentes tensions. Mais après un peu de recherche, j'ai trouvé celui-ci, le LM7805. Celui-ci peut maintenir une sortie constante de 5 volts en courant continu et jusqu'à 1,5 ampères de courant. Ce composant peut être connecté à n'importe quelle tension d'alimentation continue entre 7 et 35 volts, il est donc parfait pour nos besoins. Il possède 3 broches. La broche 1 est l'entrée pour la tension non régulée, la broche 2 est la broche de mise à la terre, et la broche 3 est la sortie régulée de 5 volts.
Le fabricant recommande un condensateur en entrée et en sortie. Il précise que le condensateur d'entrée est nécessaire si le régulateur est éloigné du filtre d'alimentation. Nous allons utiliser des fils longs pour connecter la batterie, nous utiliserons donc le condensateur recommandé de 0,22 microfarads.
Ceci est un condensateur de type électrolytique. Nous pouvons utiliser une version de capacité légèrement plus grande, mais nous ne voulons pas utiliser une plus petite. Le condensateur va aider à lisser les interruptions de l'alimentation ainsi que les distorsions de basse fréquence. Dans cet exemple simple, vous pouvez voir que la LED s'éteint instantanément lorsque l'alimentation est interrompue. Mais si je place un condensateur en parallèle avec la LED, la LED restera allumée car maintenant le condensateur se décharge et alimente la LED. Ainsi, la LED est presque insensible aux interruptions.
Nous allons ajouter un autre condensateur en parallèle du côté de l'entrée. Il s'agit d'un condensateur de dérivation. Celui-ci est placé très près de la broche d'entrée du régulateur. Il s'agira d'un petit condensateur céramique, généralement de 0,1 microfarad. Le but de ce condensateur est de filtrer le bruit et les distorsions de haute fréquence provenant de l'alimentation.
Comme nous pourrions ne pas toujours obtenir une alimentation continue parfaitement plate, nous ajouterons également un autre condensateur de dérivation de 0,1 microfarad du côté de la sortie, ainsi qu'un condensateur électrolytique de 10 microfarads. Il s'agit simplement d'une valeur typique utilisée à cette fin. Nous pourrions utiliser une version de capacité légèrement supérieure si nous le souhaitions, mais cela fonctionnera très bien. Cela va nous aider à nous assurer que nous avons une sortie propre sur notre circuit connecté. Nous ajouterons également une diode de protection du côté de l'entrée. Cela aidera à protéger le circuit si nous connectons l'alimentation électrique de la mauvaise manière.
Pour montrer comment cela fonctionne, si je connecte cette lampe à incandescence à une alimentation électrique, elle s'allumera. Je peux inverser les fils et elle s'allumera également. Si je place une diode sur le fil rouge et que je la connecte au positif, elle s'allumera à nouveau. Mais maintenant, lorsque j'inverse les fils, la diode bloque le courant et la lampe reste éteinte. Nous pouvons donc utiliser cela pour protéger le circuit. Nous pouvons utiliser une diode redresseuse ou une diode Schottky.
Ici, vous pouvez voir que j'ai placé deux LED, chacune connectée à un type différent de diode. En augmentant lentement la tension, nous constatons que la LED connectée à la diode redresseuse n'est pas aussi lumineuse. C'est parce que ce type de diode a une chute de tension importante. Si je mesure la tension aux bornes de la diode Schottky, nous avons une chute de tension d'environ 0,3 volts, tandis que la diode redresseuse a environ 0,66 volts. Il est donc préférable d'utiliser une diode Schottky pour cette application.
Maintenant, nous pouvons disposer tous ces composants sur une plaque d'essai pour les tester, comme je l'ai fait ici. Et une fois que nous sommes satisfaits que cela fonctionne, nous pouvons maintenant transformer cela en une carte de circuit imprimé. Nous allons utiliser Altium Designer pour ce tutoriel, car ils ont gentiment sponsorisé cette vidéo. Tous nos téléspectateurs peuvent obtenir un essai gratuit de ce logiciel en utilisant le lien dans la description vidéo ci-dessous.
Ouvrez Altium Designer et cliquez sur Fichier > Nouveau Projet. Ensuite, donnez un nom au projet. Cliquez avec le bouton droit sur le projet et ajoutez un schéma. Ensuite, cliquez à nouveau avec le bouton droit et ajoutez une carte de circuit imprimé (PCB). Maintenant, cliquez avec le bouton droit sur le schéma et enregistrez-le. Donnez-lui le même nom que le projet. Ensuite, cliquez également avec le bouton droit sur le PCB et enregistrez-le également avec le même nom.
Maintenant, nous devons ajouter les composants. Nous pouvons utiliser l'outil de composants sur le côté droit, mais je vais utiliser une extension qui rendra cela un peu plus facile. Donc, nous trouvons les pièces dont nous avons besoin. J'utilise Mouser, mais vous pouvez utiliser celui que vous souhaitez. J'ai trouvé un condensateur de 22 microfarads, donc je prends ce numéro de pièce et je l'insère dans le chargeur de bibliothèque, puis je clique sur recherche. Il trouve ensuite le composant, donc je clique sur ajouter au design. Il placera le composant dans le coin inférieur, donc je dois juste le déplacer en position. Ensuite, nous renommons le composant juste pour nous faciliter la tâche.
Maintenant, nous faisons la même chose pour l'autre condensateur d'entrée. Copiez le numéro de pièce et recherchez-le, puis ajoutez-le, déplacez-le et renommez-le. Ensuite, nous trouvons le régulateur et nous l'ajoutons à notre conception. Ensuite, nous trouvons la diode de protection et nous l'ajoutons à notre conception. Au fait, j'utilise celui-ci, mais je vous recommanderais d'en choisir un avec une limite de courant plus élevée. Ensuite, nous trouvons le condensateur de sortie, nous l'ajoutons et le renommons. Maintenant, nous devons trouver les bornes de connexion et les ajouter. Nous avons également besoin d'un autre condensateur à la sortie, nous sélectionnons donc celui existant, le copions et le collons, puis le déplaçons à sa position. Nous faisons de même pour le type de connecteur côté entrée. Maintenant, nous tournons simplement les composants. Sélectionnez le connecteur d'entrée et appuyez sur la barre d'espace pour le faire pivoter. Ensuite, nous tournons la diode. Ensuite, nous pouvons faire pivoter les condensateurs, mais assurez-vous que le symbole plus va toujours vers l'alimentation positive.
Les autres condensateurs céramiques n'ont pas de polarité, donc ils peuvent être placés dans n'importe quel sens, mais nous les garderons dans cet ordre. Ensuite, nous tournons le régulateur et déplaçons le texte. Ensuite, nous tournons le condensateur suivant et l'autre condensateur. Et ensuite, nous déplaçons simplement les composants en position. Maintenant, cliquez sur l'outil de fil et commencez à connecter les composants ensemble, en amenant le fil de terre jusqu'au régulateur. Ensuite, nous ajoutons un symbole de terre à ce fil. Utilisez maintenant l'outil de fil pour connecter également le côté de sortie. Ajoutez maintenant l'annotation pour l'alimentation d'entrée, qui est VCC. Ensuite, ajoutez l'annotation pour 5 volts du côté de sortie et renommez cela. Nous pouvons également ajouter du texte pour la tension de sortie et aussi la tension d'entrée. Maintenant, nous devons numéroter les composants. Cliquez sur Outils, Annotation, Annoter le schéma. Ensuite, sélectionnez Vers le bas, puis En travers, et ensuite mettez à jour la liste des modifications.
Cliquez sur OK, acceptez les modifications, puis validez les modifications, exécutez les modifications et fermez. Maintenant, nous voyons que les composants sont tous numérotés. Ensuite, nous devons valider la conception. Cliquez sur Projet, puis sur Valider le projet. Si nous cliquons sur Afficher les panneaux, puis sur Messages, cela nous indique que la compilation s'est terminée avec succès et sans erreurs. Donc maintenant, cliquez sur le PCB, puis sur Conception, puis sur Importer les modifications. Ensuite, validez les modifications et cliquez sur Exécuter les modifications. Les composants sont placés dans le coin inférieur. Il suffit de cliquer sur la boîte et de la supprimer. En regardant notre schéma, nous avons le connecteur J1 en entrée, nous allons donc le déplacer. Ensuite, nous avons la diode et les condensateurs 1 et 2. Nous allons donc les déplacer également. Ensuite, nous avons le régulateur. Ensuite, nous avons les condensateurs 3 et 4. Et ensuite, nous avons le connecteur de sortie. Nous faisons maintenant pivoter les composants pour créer le chemin par lequel l'électricité va circuler.
Nous pouvons passer en mode 3D pour vérifier son apparence. Ensuite, nous pouvons aligner les composants pour améliorer l'esthétique. Maintenant, cliquez ici et dans la nouvelle fenêtre, sélectionnez la couche mécanique. Cliquez avec le bouton droit et créez une nouvelle couche que vous nommerez "Découpe". Modifiez les paramètres, puis fermez. Maintenant, sélectionnez votre couche en bas, puis cliquez sur "Modifier l'origine" et définissez-la. Ensuite, cliquez sur le coin supérieur de la carte de circuit imprimé. Maintenant, cliquez sur "Placer" et choisissez "Ligne". Tracez une ligne autour des composants. Ensuite, tout en maintenant la touche Shift enfoncée, cliquez sur les quatre lignes. Ensuite, cliquez sur "Conception", "Forme de la carte" et "Définir la forme". Nous pouvons ensuite le voir également en 3D. Maintenant, je vais simplement changer la taille du texte pour qu'il ne soit pas trop grand à l'impression. Maintenant, cliquez sur "Couche supérieure.R" puis insérez du texte et nous l'appellerons "5 volts". Et nous pouvons simplement le faire pivoter. Nous ferons également la même chose pour le texte de la masse.
En regardant le côté d'entrée de la carte, je viens de réaliser que le connecteur d'entrée est à l'envers. Nous pouvons le voir dans la vue 3D. Je l'ai juste manqué plus tôt, donc je vais le corriger maintenant. Ensuite, nous ajoutons la masse et le texte VCC à la carte. Maintenant, cliquez sur "root auto route" et sélectionnez tout. Il ajoute ensuite notre itinéraire à la carte. Nous pouvons également déplacer l'itinéraire si nous le souhaitons. Maintenant, allons dans les outils et le vérificateur de règles. Cliquez sur "run". Il charge un rapport et nous indique que nous avons deux problèmes de dégagement de soie et de masque de soudure. Nous allons dans les règles de conception, soie vers masque, puis changeons la valeur. Cliquez sur "apply", "OK". Ensuite, exécutez à nouveau le vérificateur de règles. Maintenant, nous voyons qu'il n'y a pas d'erreurs. Nous pouvons également voir l'itinéraire dans la conception 3D maintenant. Alors sauvegardons cela. Cliquez sur votre schéma, puis sur "file smart PDF". Ensuite, choisissez le schéma. Je désactive la nomenclature, mais vous pouvez laisser cela activé si vous le souhaitez.
Cliquez sur Terminer et cela génère un PDF de notre conception. Fermez cela. Ensuite, cliquez sur la sortie de fabrication, choisissez les fichiers Gerber, puis choisissez le projet. Maintenant, cliquez dessus et changez-le en millimètres. Ensuite, sur les couches, vous pouvez laisser cela tel quel, mais je vais sélectionner toutes les couches et cliquer sur OK. Cliquez sur la structure du dossier, puis liez le fichier et cliquez sur Générer. Et voilà. Nous avons terminé. Nous sommes prêts à faire imprimer notre circuit imprimé. Maintenant, nous devons commander notre PCB. J'utilise JLC PCB, qui a également gentiment sponsorisé cette vidéo. Ils offrent une valeur exceptionnelle avec cinq circuits imprimés pour seulement deux dollars. Je laisserai un lien dans la description de la vidéo ci-dessous pour cela. N'hésitez pas à y jeter un coup d'œil. Je change simplement la destination d'expédition et la devise au Royaume-Uni, car c'est là que je suis basé. Mais vous pouvez choisir votre propre pays et votre propre devise.
Je suis également en train d'utiliser un support juste pour faciliter un peu le travail. Ensuite, nous insérons les composants et nous commençons à les souder un par un. Il suffit de plier légèrement les pattes pour les maintenir en place pendant que vous soudez les composants en place. Il suffit d'inspecter les joints de soudure pour s'assurer que tout va bien. Ensuite, vous pouvez couper les fils. Après quelques minutes, nous obtiendrons notre carte de circuit imprimé terminée, prête pour les tests. Pour tester la carte de circuit imprimé, j'ai connecté une pile de 9 volts à l'alimentation et le multimètre indique 5 volts sur la sortie. Si je inverse la pile, nous obtenons zéro volt sur le multimètre, donc la diode protège notre circuit. Je suis satisfait de cela, donc je place une petite charge dessus et ça fonctionne très bien. Maintenant, pour le test réel, je connecte un port USB sur la sortie et je branche un téléphone bon marché.
Nous pouvons voir que la batterie de 9 volts est en train de charger l'appareil. En utilisant un testeur USB, nous pouvons voir qu'elle fournit 4,6 volts et consomme un courant de 0,26 ampères, donc elle fonctionne parfaitement. D'accord, c'est tout pour cette vidéo. Mais pour continuer à apprendre sur l'ingénierie électrique et électronique, regardez l'une des vidéos à l'écran maintenant, et je vous retrouverai là-bas pour la prochaine leçon.
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