شاید برای شما هم برای راه اندازی وسایل الکترونیکی مختلف، نیاز به ولتاژهای 9 ولت و 12 داشته‌اید. معمولاً در اطراف ما شارژرها و پاور بانک‌های USB و یا دستگاه‌هایی که پورت USB داشته باشند، به وفور پیدا می‌شود. اما کمتر دستگاهی است که خروجی 9 یا 12 ولت در دسترس داشته باشد. چه خوب میشد، اگر می‌توانستیم ولتاژ 5 ولت USB را به 9 یا 12 تبدیل کنیم! این‌گونه می‌توان به کمک یک پاور بانک، در زمان قطعی برق دستگاه‌های پوز، تلفن‌های رومیزی، مودم‌ها و… را هم راه اندازی کرد! کار نشد نداره! در این مقاله می‌خواهیم یک مدار افزاینده ولتاژ USB طراحی کنیم!
با این مقاله از سیسوگ همراه باشید!
شاید برای شما مفید باشد: پروژه الکترونیک با میکروکنترلر های مختلف و آموزش 0 تا 100 راه اندازی پروژه
مقدمه
قطعی‌های مکرر برق در زمان‌های اخیر، صدمات جبران ناپذیری هم به اقتصاد کشور، و هم به زندگی روزمره مردم وارد می‌کند. بسیاری از فروشگاه‌هایی که از دستگاه‌های کارت خوان (پوز) استفاده می‌کنند، دیگر قادر به ارائه خدمات نیستند و ضرر زیادی را متحمل می‌شوند. همچنین برخی دانش آموزان که به علت ویروس منحوس کرونا و جلوگیری از گسترش بیماری، به‌صورت مجازی در کلاس‌ها و امتحانات شرکت می‌کنند، از مودم‌های اینترنت استفاده می‌کنند که در صورت قطعی برق، ممکن است از شرکت در جلسه آزمون یا کلاس‌های خود باز مانند. به کمک یک افزاینده ولتاژ USB می‌توان انرژی 5 ولت پاور بانک را برای استفاده در پوز، مودم و اکثر دستگاه‌های الکترونیکی دیگری که معمولاً 9 یا 12 ولت دارند نیز، استفاده کرد.
افزاینده های ولتاژ
تراشه‌ها و مبدل‌های مختلفی وجود دارد که به کمک آن‌ها می‌توان ولتاژ را افزایش داد. یکی از روش‌های معروف، پرکاربرد و ساده، استفاده از مبدل‌های بوست (Boost) است. این مبدل‌ها از نوع مبدل‌های DC-DC هستند و در درس الکترونیک صنعتی نیز آموزش داده می‌شوند.
بیایید با همدیگر نحوه کار مدار بوست را بررسی کنیم. در زیر شکل مدار بوست را می‌بینید:
اگر در مدار بالا، اگر ماسفت را به عنوان یک سوییچ قطع و وصل در نظر بگیریم، این مدار را در دو حالت قطع و وصل کلید بررسی می‌کنیم.
حالت اول، کلید بسته
در این حالت، جریان اجازه عبور از سلف را داشته و سلف شروع به شارژ می‌کند. از طرفی، از آنجایی که کلید اتصال کوتاه شده، جریانی سمت خازن و بار نمی‌رود.
حالت دوم، کلید باز
همان طور که میدانید، هنگامی که جریان از یک سلف عبور می‌کند، آن سلف شروع به شارژ شده و وقتی که جریان را قطع کنیم، سلف جریانی را با ولتاژ بالاتر، اما در خلاف جهت جریان شارژ، آزاد می‌کند. در هنگام شارژ، همان طور که دیدید، جریانی سمت بار نمی رفت، اما پس از قطع کلید، از آنجایی که سلف در جهت معکوس شروع به تخلیه الکتریکی می‌کند، دیود در بایاس موافق قرار گرفته و جریان را از خود عبور می‌دهد. حال، ولتاژ سلف با ولتاژ ورودی هم سری شده و ولتاژ باز هم بالا تر می رود.
بسته شدن مجدد
ممکن است این سؤال برای شما پیش بیاید که، در مدت زمانی که سلف مجدداً در حال شارژ است، مصرف کننده انرژی خود را چگونه تأمین می‌کند؟ در این مدت زمان، از انرژی که از قبل در داخل خازن ذخیره شده، استفاده می‌کند.
کار مدار بوست، به این صورت است که به‌طور مداوم، با اتصال کلید، سلف را از طریق Vin شارژ کرده و سپس با قطع کلید، جریان سلف که حالا ولتاژ بسیار بیشتری دارد ولی در جهت معکوس است را، از طریق دیود عبور داده، تا خازن را شارژ کند و مصرف کننده (بار) انرژی را از خازن دریافت کند.
نحوه کنترل ولتاژ خروجی
با تغییر duty cycle فرکانس قطع و وصل سوییچ، می‌توان مدت زمانی که سوییچ بسته است و سلف شارژ می‌شود را کم یا زیاد نمود. (خود فرکانس ثابت است) هر چقدر سوییچ مدت زمان بیشتری بسته باشد، قطعاً انرژی بیشتری ذخیره کرده و انرژی بیشتری را در جهت عکس تخلیه می‌کند. بنابراین، به سادگی و به کمک یک سیگنال PWM می‌توان ولتاژ خروجی را کنترل نمود. سیگنال PWM را با روش‌های مختلفی همچون آردوینو، واحد تایمر-کانتر میکروکنترلر، تراشه 555 و… می‌توان ساخت.
تراشه MT3608
برای ساخت یک مبدل بوست، شما احتیاج به یک المان دارید که نقش سوییچ را بازی کند، که معمولاً از کلیدهای حالت جامد استفاده می‌شود. و همچنین یک قسمت برای تولید سیگنال کنترلی باید در نظر بگیرید. تراشه MT3608 هر دو کار را برای شما انجام می‌دهد. یعنی پایه‌ای برای اتصال مستقیم سلف به آن وجود دارد و از طرف دیگر به زمین مدار متصل می‌شود. این تراشه، به‌صورت خودکار، عملیات کلید زنی و کنترل سیگنال را برای شما انجام می‌دهد، اما برای اینکه بتوانید سیکل وظیفه (Duty Cycle) این تراشه را نیز کنترل کنید، یک پایه فیدبک در نظر گرفته شده است.
مقاومت R1 و R2 نقش یک تقسیم کننده ولتاژ را دارند که نسبتی از ولتاژ خروجی را به عنوان بازخورد (فیدبک) به تراشه MT3608 بر می‌گردانند. با تغییر و تنظیم نسبت این دو مقاومت، میزان ولتاژ خروجی کنترل می‌شود. رابطه بین مقاومت‌ها و ولتاژ خروجی از فرمول زیر به دست می‌آید:
Vout = 0.6 * (1+(R5/R6))
در مقاله “باتری پشتیبان برای انواع کارت خوان به همراه سورس کامل” به کمک همین تراشه، ولتاژ 4.3 ولت باتری را تا 20 ولت افزایش دادیم و برای انواع وسایل الکترونیکی از آن استفاده کردیم. در این مقاله، افزاینده ولتاژ USB را خواهیم ساخت.
ماژول افزاینده MT3608
این ماژول به همراه سلف و دیگر اجزای مدار بوست، به‌صورت آماده طراحی شده و بفروش می‌رسد. برای کنترل میزان خروجی نیز از یک مولتی ترن استفاده شده که به راحتی و با چرخش آن ولتاژ خروجی کنترل می‌شود.
تراشه تکی MT3608 و ماژول افزاینده و هر قطعه الکترونیکی دیگری را میتوانید به راحتی در موتور جستجوی قدرتمند قطعات الکترونیکی سیسوگ (Isee) پیدا کنید!
موتور جستجوی قطعات الکترونیکی آی‌سی، قطعات مورد نظر شما را در بیشتر فروشگاه‌های آنلاین کشور (بیش از 170 فروشگاه) جستجو می‌کند!
طراحی برد افزاینده ولتاژ USB سیسوگ
ما به کمک تراشه MT3608 برد افزاینده‌ای شبیه به ماژول بالا را طراحی کردیم، با این تفاوت که برای ورودی برق آن از USB استفاده کریم تا به راحتی بتوانید آن را به هر پاور بانک، شارژر یا دستگاهی که پورت USB دارد، متصل کنید. (البته به شرطی که خروجی و توان لازم را داشته باشد.) همچنین بجای استفاده از مقاومت متغیر یا مولتی ترن، مقاومت لازم برای تولید ولتاژ خروجی 9 و 12 ولت را محاسبه کردیم و دو تقسیم مقاومت بر روی برد قرار دادیم. به کمک یک جامپر میتوانید یکی از ولتاژهای خروجی 9 و یا 12 ولت را به راحتی انتخاب کنید. این ولتاژها در بسیاری از دستگاه‌های کارت خوان الکترونیکی (پوز)، مودم‌های اینترنت و… کاربرد دارد.
دقت داشته باشید که ورودی USB ثابت و 5 ولت در نظر گرفته شده است.
همچنین اگر جامپر وجود نداشته باشد، ممکن است ولتاژ خروجی بسیار بالاتر رفته و به دستگاه شما آسیب بزند، پس دقت داشته باشید که هنگام تعویض جامپر، بار در مدار وجود نداشته باشد.
مسئولیت چک کردن عملکرد ماژول و خروجی مناسب، بر عهده سازنده مدار می‌باشد و سیسوگ هیچ مسئولیتی را نمی‌پذیرد.
شماتیک برد افزاینده ولتاژ USB
مقاومت‌های R1 و R3 فیدبک 9 ولت هستند و مقاومت‌های R4 و R5 فیدبک 12 ولت هستند که از طریق پین هدر قابل انتخاب هستند و به پایه فیدبک (FB) تراشه MT3608 متصل می‌شوند.
PCB افزاینده ولتاژ USB
فایل شماتیک و PCB در انتهای مطلب پیوست شده است. در اینجا تصویری از نمای سه بعدی ماژول طراحی شده را مشاهده میکنید.
از نمای بالا (دقت داشته باشید که مقدار سلف 22 میکرو هانری می‌باشد. در مدل سه بعدی عدد 470 نمایش داده می‌شود.)
از نمای پایین:
نسخه مونتاژ شده نهایی:
در تصویر بالا، اگر جامپر افزاینده ولتاژ USB در دو پین هدر سمت راست (موقعیت فعلی) قرار گیرد، خروجی 12 ولت و اگر سمت چپ باشد، خروجی 9 ولت دریافت خواهید کرد.
اگر دقت کرده باشید، شارژرهای Fast charge خروجی 9 و 12 دارند. در قسمت بعد، ولتاژهای 9 و 12 را مستقیماً و بدون هیچ‌گونه تبدیلی از خود فست شارژر دریافت می‌کنیم! با ما همراه باشید! منتظر نظرات شما هستیم.
لینک‌های دانلود
اسم فایل
- USB_Voltage(sisoog).zip
آیا میشه ولتاژ خروجی یک پاوربانک ۲۰۰۰۰شیایومی به ۱۲ ولت تغییر داد که هم یک مینی ریسیور و مانیتور ماشین با هم روشن کرد ؟
یا اینکه باید جداگونه براش باتری و مدار طراحی کرد
درود بر شما.
جریان مصرفی مینی رسیور و مانیتور رو موقعی که با برق خودرو روشن هست، به کمک مولتی متر اندازه‌گیری کنید، ببینید جریان کشیش چقدره، بعد تست کنید که پاوربانکتون از پروتکل QC.2 یا پروتکل‌های دیگه که توی سیسوگ معرفی شد پشتیبانی میکنه؟ اگه از اون پروتکل‌ها پشتیبانی میکنه، بدون تبدیل ولتاژ مستقیم میتونید 12 ولت رو ازش دریافت کنید و البته باید حداکثر جریان دهی پاوربانک رو هم حساب کنید، اما در کل من فکر می‌کنم برای استفاده طولانی مدت، پاور بانک گزینه خیلی مناسبی نباشه.
با سلام و درود
یک باگ مهم که شما هم اشاره کردید مشکل مقاومت فیدبک و جامپر در نظر گرفته شده هست بهتر بود طوری طراحی میشد که با موازی کردن یک مقاومت از طریق جامپر ولتاژ تغییر میکرد و این طور دیگه ولتاژ به صورت افسارگسیخته افزایش پیدا نمیکنه برای مثال (البته با درنظر داشتن مقاومت استاندارد نه مثل این مثال) برای 9 ولت مقاومت 100k و 6.7k استفاده بشه و برای 12 ولت کردن یک مقاومت مناسب با 6.7 کیلو موازی بشه تا ولتاژ افزایش پیدا کنه در این صورت نبود جامپر کمترین میزان ولتاژ مون رو میده که برای وسایل 12 ولتی خطری نداره
با تشکر
بله، درسته. در هر طراحی، پس از ساخت مشکلاتش بیشتر نمایان میشه و به مرور با بروز رسانی و ارسال همین بازخورد ها بهتر میشه!
اگر وقت شد اصلاحش می‌کنم، شما هم اگر این مورد رو درست کردید، ممنون میشم به تلگرام سیسوگ بفرستید.
خیلی ممنون از شما.
یکیشو ساختم ?
آفرین ?
دمتون گرم؛ خیلی باحالید – جالبی سیسوگ اینه که وقتی یه آموزشی میده حتما خودش عملی اون رو تست می کنه و حتی برد هم براش طراحی میکنه!! خییلی جالبه واقعا دارید با آموزش های مفیدتون خدمت میکنید به مردم من که خیلی لذت بردم انشاالله در پناه خدا باشید و بهتون کمکتون کنه
شما محبت دارید.
انجام وظیفست.
سلام
توی این مدار افزاینده که طراحی کردید با بالارفتن ولتاژ جریان کم میشه؟ یعنی توان همیشه ثابته؟
ببخشید یه سوال دیگه، مدار ماژول افزاینده رو با بردتون مقایسه کردم سوالی که پیش میاد آیا مقاومت فیدبک با تغییر ولتاژ ورودی لازم نمیشه عوض بشه یا همون فرموله؟؟ یعنی ولتاژ ورودی توی فرمول اعمال نمیشه؟
اگر ولتاژ ورودیتون توی همون محدوده مجاز دیتاشیت باشه، نیازی به تغییر مقاومت فیدبک نیست. یعنی ولتاژ ورودی تاثیری در محاسبه مقاومت ها نداره.
بله، توان ثابت هست و خوب تراشه هم تا حدی میتونه توان خروجی داشته باشه. این موضوع به توان ورودی هم بستگی داره.
دیجی جان خیلی ممنون بابت مطالب باحال و آموزندتون من با اون جمله اول مقالخ که نوشتی کار نشد نداره خیلی حال کردم! این مدارو ساختم خروجی ۹ ولتم هشت و نه دهم میشه و خروجی ۱۲ ولت رو ۱۱.۸ گرفتم که خوب فکنم عادیه موقعی که مدار کار داد واقعا تو پوستم نمیگنجیدم و باورم نمیشد تونستم افزاینده بسازم. خواستم ازتون تشکر کنم.
درود بر شما!
آفرین، درسته. یکم کم و زیاد طبیعیه و با تغییر مقدار مقاومت درست میشه.
به تلاش هات ادامه بده، تو میتونی!
قابل نداره عزیزم.
گوشی معمولی رو اگه به فست شارژ بزنیم چی میشه؟
اتفاقی نمیفته، با سرعت معمولی شارژ میشه!
با عرض سلام دوست عزیز یک اشتباه لپی که در شماتیک ارائه شده ، مشاهده شد ، میزان اندوکتانس سلفه . زمانی که شما عبارت 220 و یا 470 را بر روی سلف مشاهده میکنید ، رقم سوم مربوط به تعداد صفر بعد از عدد ظرفیته یعنی 22 یا 47 میکرو هانری و در صورتیکه 221 و یا 471 باشده میزان سلف برابر 220 یا 470 میکرو هانریه . در ضمن طبق دیتاشیت این تراشه میزان سلف توصیه شده میزان 4.7 تا 22 میکرو هانری که با فرکانس سوئیچینگ 1.2 مگاهرتزی کمتر از 4.7 مجاز نیست ( که باعث ایجاد اشباع در سلف میشه ) و بالاتر از 22 هم نیازی نیست که قیمت سلف بره بالا .
در هر صورت بنده را ببخشید بابت مزاحمت مکرر.
درود بر شما، خیلی هم لطف دارید و اتفاقاً این انتقادهای سازنده شماست که به بهبود مطلب کمک میکنه، شما هر ایرادی پیدا کردید، به ما کمک کردید.
بله درسته، اشتباه لپی رخ داده! اصلاح شد.
خیلی ممنون!
خیلی هم عالی و آموزنده. فقط قطعات رو تک تک از هر فروشگاه بخوام بخرم هزینه پستش زیاد میشه!
درود!
از سامانه آی‌سی سیسوگ کمک بگیرید. میتونید ببینید کدوم فروشگاه اکثر قطعات رو داره و از همون سفارش بدید!
خیلی حال کردم
یوهو!
با سلام
دمتون گرم بخاطر مطالب خوبتون
اگر امکانش هست در مورد ورودی های آنالوگ جریان و ولتاژ ایزوله برای ورودی به میکروکنترلر هم مطلب بزارین.
ممنون
درود بر شما
بررسی می کنیم!
سلام.
خیلی جالب بود چند وقت پیش میخواستم چنین کاری رو انجام بدم موفق نشدم. واقعا ایده های عالی رو اجرایی میکنید مخصوصا قسمت دوم که خیلی منتظرش هستم
درود!
چقدر خوب که براتون مفید بوده.
ممنون، به زودی!
سلام.
خییلی عالی بود حال کردم. قسمت بعدی رو کی منتشر می کنید؟ خیلی برام جالبه بتونم از شارژر ۱۲ ولت بگیرم
ممنون دوست عزیز، به زودی!
سلام ، چون بخش سمت راست عملا یکسوساز نیم موج هستش . برای محاسبه ریپل میشه از فرمول یکسو ساز نیم موج استفاده کرد ؟! و اینکه توضیح کلی در مورد محاسبات انتخاب سلف میشه از V = L di/dt استفاده کرد که ولتاژ خروجی در زمان قطع میشه به اندازه مقدار سلف در جریانی که هنگام د شارژ از از خازن در حال شارژ عبور میکنه تقسیم بر مدت زمان که به دیوتی سایکل مربوطه ؟! درسته یا خیر ?!
درود.
دوست عزیز محاسبات مربوط به این مدار، کمی فرق داره. شما باید از روابط سوئیچینگ استفاده کنید. این لینک میتونه بهتون کمک کنه:
https://learnabout-electronics.org/PSU/psu32.php
کاربردی و جالب
ممنون از شما
خواهش می‌کنم، همین طور ممنون از شما بابت بازخوردتون.
فکر کنم یجایی رو اشتباه نوشتین
هرچقدر کلید مدت زمان بیشتری بسته باشد(نه باز)، انرژی بیشتری در سلف ذخیره می شود.
وقتی کلید بازه جهت جریان رو هم اشتباه کشیدین.
درود بر شما.
بله، اشتباه لپی بود! ممنون از دقت و توجهتون.
بله، تصویر مدار متأسفانه اشتباه قرار گرفته بود که تصحیح شد.
سلام
یک مشکل وجود داره
وقتی از پاور بانک استفاده نمیشه یا خیلی کم مصرف بشه ، خروجی صفر میشه
احتمالا یه جایی رو اشتباه کردید، بیشتر توضیح بدید؟
پاور بانک یه حالت هوشمند داره که اگر جریان کشی از یه مقداری کم بشه ، خروجی رو بعد از چند ثانیه قطع میکنه
خوب الان مشکل چیه- من م توجه نمیشم – قرار نیست که این مدار در حالت بی باری وصل بشه به پاور بانک
دوما این که اون جریان که می فرمایید کاملا درسته ولی احتمالا از جریان حالت بی باری این مدار بیشتر خواهد بود.
سلام دوست عزیز شکل مداری کی برای تحلیل باک بوست یا step-up در واقع برای step-down کاهنده هستش . جای سلف و قطعه کلید زنی باید عوض بشه. در واقع بعد از منبع سلف و بعد قطعه سوئیچ قرار میگرد.
درود بر شما.
بله، خیلی خیلی ممنون از دقت و توجهتون. تصویر مدار دیگری به اشتباه قرار گرفته بود و الآن تصحیح شد. ?
سلام
من از ماژول xl600۹ استفاده کردم. ایسی به شدت داغ میکنه و مودم رو هم نمیتونه درایو کنه و مودم اصلا به اینترنت وصل نمیشه
این ایسی که شما معرفی کردین ، این مشکل رو ندارد؟؟
اگر از تراشه اصلی استفاده کنید، این مشکل رو نداره.
سلام
با تشکر فراوان از اموزش های سایت
متاسفانه با قطعات موجود بازار این ماژول و ایسی برخلاف ادعای دیتاشیت ها جریان بیش از نیم امپر نمیده که برای روشن کردن دستگاه ها کافی نیست لطفا اگر روشی برای گذاشتن ترانزیستور در خروجی برای گرم نشدن ایسی و دادن امپراژ مناسب توضیح و یا نقشه ای بدهید چون تا جایی که من میدانم داخل این ایسی ها مقاومت شنت هست.
بی صبرانه منتظر خواندن مطلب در باره ی خروجی گرفتن 9ولت از شارژر های فست هستم
درود بر شما.
این موضوع، احتمالاً به خاطر استفاده از تراشه فیک و تقلبی هست که متأسفانه به جای قطعه اصلی فروخته میشه.
ما با تراشه اصلی، تا حدود 500 میلی آمپر تست کردیم.
با تشکر از پاسخ شما
500 میلی امپر برای شارژر که جریان زیادی نیست حداقل برای گوشی های امروز 1.5 امپر نیاز هست اگر شما به تراشه اصلی دسترسی دارید و اگر ممکنه برای جریان های بیشتر رو بررسی کنید و به اشتراک بزارید ممنون.
دوست عزیز قرار نیست گوشی رو که شارژ کنید – مثلا قراره مودم رو راه اندازی کنه – باید جریان مودم رو دید که چقدره