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電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：你想知道電子工程師們在電源設(shè)計方面都有哪些DIY精美作品嗎?想知道的話，就趕緊進入我們電子發(fā)燒友網(wǎng)吧!電子發(fā)燒友網(wǎng)也將陸續(xù)整合推出最受歡迎的電子工程師DIY系列文章，本篇為《電子工程師電源設(shè)計作品創(chuàng)意TOP10精彩賞析》，敬請關(guān)注后續(xù)系列。
TOP1 太陽能電池板電池充電器DIY制作
我們渴望舒服一點的條件是，一個基于水霧系統(tǒng)而讓人涼快的解決方案，以克服困擾這片沙漠的干熱空氣。這可以用一臺由電壓源供電、連著一個帶噴嘴的噴霧水龍帶的水泵實現(xiàn)。噴霧系統(tǒng)的成功要素是電源，這個電源也可以用來給 LED 燈供電，以供夜間照明，或者給其它需要電源的外部設(shè)備充電。我們的計劃是，用太陽能電池板給一個海上用的深周期電池充電，然后用這塊電池給其它所有東西供電。隨即，我開始了太陽能電池板電池充電器的設(shè)計。
我有 3 周時間完成設(shè)計。我向朋友 Simon 請求幫助，Simon 以前用凌力爾特公司的 IC 搞過太陽能供電設(shè)計。除了一臺顯示工作原理的樣機，Simon 還給了我一份原理圖，這臺樣機從未連上太陽能電池板測試過，但在實驗室做過仿真。我很興奮，有興趣用真實的太陽能電池板測試這個設(shè)計，我們準備對樣機進行像樣的測試。
一位朋友借給我兩塊 BP 太陽能電池板 （BP380U）。在大約 20V 最高輸出電壓和 4A 最大輸出電流時，每塊電池板的峰值功率都是 80W （實際規(guī)格為，在 80W 最大功率時，電壓為 17.6V，電流為 4.55A）。把這兩塊太陽能電池板合起來，我希望在太陽光直接直射在電池板上時，在峰值條件下能有 8A 的總電流。太陽能電池板連接到 Simon 的樣機上沒有幾分鐘，系統(tǒng)就充分運轉(zhuǎn)了 （圖 1 和圖 2）。通過對樣機的初步測試，查明了幾個故障，后來這給我們節(jié)省了大量時間。
圖 1：測試 BP 太陽能電池板， BP380U （0 至 20V 輸出，4A 峰值功率 80W）
圖 2：最初的太陽能充電電路樣機，采用 12V 海上用深周期電池 。
樣機運行良好，因此我購買了幾塊凌力爾特公司的演示板，并稍作修改以使其更適合重新設(shè)計過的系統(tǒng)規(guī)格要求。我保持樣機作為備份和參考，同時我設(shè)計了一個新系統(tǒng)。我們解決了一些故障后，通過這些修改改善了原來的樣機?？傊軜?gòu)設(shè)計仍然是相同的：用 0 至 20V 的太陽能電池板，以 4A 的恒定電流給一個 12V 的電池充電。
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TOP2 低成本充電寶DIY自制
低成本充電寶DIY自制元件：
?????? 一個升壓IC 一個電感 一個電容 一個肖特基二極管. 一共4個元器件.
用18650鋰離子電池代替的話, 2節(jié)18650 (可達5000mAh)成本30元左右, 板子才7元. 加個保護電路2塊錢, 40元搞定
用一節(jié)18650 雖然容量低了一點, 才2400mAh, 成本就只有25元了.
制作過程:
A, 網(wǎng)購一塊3V升壓到5V的升壓板,
B 焊接在一塊鋰電池上
C 所用的鋰電池為 手機電池中拆出來的, 共10塊, 每塊650mAh, 并聯(lián)后達6500mAh
D 裝入一個簡陋的塑料外殼中固定
板子上面的蓋子還沒做好, 頗為簡陋.
裝飾了一下, 晚上做成成品. 不知是否入目?
上面用了塊透明塑料, 可以看到工作時的發(fā)光二極管.
首先，購買電路板，5V移動電源 升壓板 輸出電流1.5A 效率86% 帶鋰電保護。淘寶購買13.00，不含運費
拆掉一個USB的貓，為了那個外殼（鋁合金材質(zhì)）
TOP4 初學者制作工頻逆變器
工頻逆變器以其線路簡單,易于初學者制作、調(diào)式,抗過載能力強,成本低,實用等優(yōu)點,深受廣大電子制作愛好者的青睞.
用下圖做了一個家用逆變器,把BG5換成LM7812的三端穩(wěn)壓,功率管用4對IRF150變壓器是500W200、220、240、260V多抽頭輸出,一制即成,用來啟動電腦和電視機毫不費力,只是帶電風扇稍遜一籌.聲音要大一些,轉(zhuǎn)速慢一些。
后來,充電時被小孩接通了逆變LM7812和4對IRF150還有濾波電容一齊完蛋了,我心都痛了.都怪我沒有用繼電器用來切換逆、充啊!
在此期間又買回TL494和4對IRF540又做了一個逆變驅(qū)動板,發(fā)現(xiàn)在50HZ左右時(沒有頻率表,以長期做逆變器的經(jīng)驗靠耳聽音頻,哈哈~~~厲害吧!)帶小功率的變器還可以,500VA的UPS的變壓器時居然不穩(wěn)斷斷續(xù)續(xù)的,電流很大場管急劇發(fā)熱,帶500W的變壓器有時穩(wěn)有時不穩(wěn),說不定換一根粗一點的線,或是把板子移動個方向就不穩(wěn)了,最后棄用!圖如下:
制作沒有因此而停下,接下來做了二個.按原圖重做了一個{原來的元件一個不用).同時又按TL494的另外一種圖的接法做了一個(就是 西平房 用來研究穩(wěn)壓的圖)
還是不穩(wěn),只不過比原來強一些.我分析了一下原因,一是我用的是萬能板,分布電容大造成自激.二,可能是布線不太合理.三.可能是干擾.后來我用了SG3525做(這是后話)非常穩(wěn)定!
【詳情參閱：初學者制作工頻逆變器??】
TOP5 簡單的純硬件并網(wǎng)逆變器制作
??? 全世界最簡單的純硬件并網(wǎng)逆變器圖示：
??? 逆變器原理是怎樣的？
??? 一 市場上常見款式車載逆變器產(chǎn)品的主要指標
輸入電壓：DC 10V～14.5V；輸出電壓：AC 200V～220V±10％；輸出頻率：50Hz±5％；輸出功率：70W ～150W；轉(zhuǎn)換效率：大于85％；逆變工作頻率：30kHz～50kHz。
【詳情參閱：簡單的純硬件并網(wǎng)逆變器制作 ?】
TOP6 用易拉罐環(huán)DIY制作臺燈
一款易拉環(huán)DIY的漂亮臺燈，雖然取材很另類，但是做出來的效果還真有不少時尚氣息呢!
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【詳情參閱：用易拉罐環(huán)DIY制作臺燈 ?】
TOP7 國外牛人制作特斯拉炮:可以發(fā)射閃電
特斯拉炮用電池供電，產(chǎn)生2萬伏電壓，2000安培電流，火花可射出兩英尺遠。18伏的鉆電池驅(qū)動零電壓開關(guān)的驅(qū)動電路，接著又驅(qū)動反激式變壓器，把18伏特的電壓提升到2萬伏大關(guān)。
羅布?弗里肯吉爾(RobFlickenger)創(chuàng)造了一種功能齊全，電池供電的特斯拉炮(Tesla Gun)，就是尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla)自己在小人書里使用的那種，是一種先鋒武器。
如果你聽長輩說，那電是很危險的，往往是致命的，這種東西不應(yīng)該鬧著玩。如果你像羅布?弗里肯吉爾(Rob Flickenger)一樣，決定完全忽略這些謹慎的勸誡，那么，電真的是太棒了，會有一大堆的樂趣，尤其是，你自己就可以制作一個管用的特斯拉槍(Tesla Gun)，可以射出閃電。雖然這種電池供電的武器可產(chǎn)生約2萬伏電壓，以及2000安培的電流，但是，設(shè)計師堅持說，這種電磁來福槍(spark rifle)只是看起來具有殺傷力。這種槍可以安全使用，只會對人群帶來危險，因為要使用它在人群上空進行打擊。
砂鑄鋁主體外殼殼，采用內(nèi)爾夫槍(Nerf gun)。
弗里肯吉爾說，他受到啟發(fā)，制作現(xiàn)實世界版本的特斯拉槍，是因為閱讀了蒸汽朋克(Steampunk)的插圖小說，書名叫《科學的五拳》(The Five Fists of Science)，說的是尼古拉?特斯拉(Nikola Tesla)，馬克?吐溫(Mark Twain)和貝爾塔?馮?蘇特納(Bertha von Suttner)努力結(jié)束所有的戰(zhàn)爭和驚心動魄的爭霸戰(zhàn)斗，對抗黑暗勢力托馬斯?愛迪生(Thomas Edison)，約翰?皮爾龐特?摩根(John Pierpont Morgan)，安德魯?卡內(nèi)基(Andrew Carnegie)，以及古列莫?馬可尼(Guglielmo Marconi)。 他爽快地承認，他的武器只是拙劣的模仿，就模仿年輕的特斯拉在小說中使用的武器。對于初學者來說，它更大點，更像是步槍，而不是手槍，而且不能產(chǎn)生離子風，但它是由鉆電池供電，而且有一個主要優(yōu)點，勝過原來的設(shè)計，就是它確實存在。
【詳情參閱：國外牛人制作特斯拉炮:可以發(fā)射閃電? 】
TOP8 MOS場效應(yīng)管逆變器自制
這里介紹的逆變器(見圖1)主要由MOS場效應(yīng)管。該變壓器的工作原理及制作過程：
圖1
工作原理
一、方波的產(chǎn)生
這里采用CD4069構(gòu)成方波信號發(fā)生器。電路中R1是補償電阻，用于改善由于電源電壓的變化而引起的震蕩頻率不穩(wěn)。電路的震蕩是通過電容C1充放電完成的。其振蕩頻率為f=1/2.2RC。圖示電路的最大頻率為：fmax=1/2.2x103x2.2x10—6=62.6Hz，最小頻率為fmin=1/2.2x4.3x103x2.2x10—6=48.0Hz。由于元件的誤差，實際值會略有差異。其它多余的發(fā)相器，輸入端接地避免影響其它電路。
圖2
二、 場效應(yīng)管驅(qū)動電路。
由于方波信號發(fā)生器輸出的振蕩信號電壓最大振幅為0~5V，為充分驅(qū)動電源開關(guān)電路，這里用TR1、TR2將振蕩信號電壓放大至0~12V。如圖3所示。
圖3
三、 場效應(yīng)管電源開關(guān)電路。
場效應(yīng)管是該裝置的核心，在介紹該部分工作原理之前，先簡單解釋一下MOS場效應(yīng)管的工作原理。MOS場效應(yīng)管也被稱為MOS FET，即Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金屬氧化物半導體場效應(yīng)管)的縮寫。它一般有耗盡型和增強型兩種。本文使用的是增強型MOS場效應(yīng)管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖4。它可分為NPN型和PNP型。NPN型通常稱為N溝道型，PNP型通常稱P溝道型。由圖可看出，對于N溝道型的場效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導體上，同樣對于P溝道的場效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場效應(yīng)管，其輸出電流是由輸入的電壓(或稱場電壓)控制，可以認為輸入電流極小或沒有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗，同時這也是我們稱之為場效應(yīng)管的原因。
【詳情參閱：MOS場效應(yīng)管逆變器自制? 】
TOP9 馬克思發(fā)生器和特斯拉線圈制作圖解
特斯拉線圈，效果相當壯觀，但是工程也相當浩大，造價挺高，并不是每人都能親手做一個的。如果你只是想領(lǐng)略一下高壓電火花的魅力，馬克思發(fā)生器是一個比較好的選擇。只要幾個電容、電阻，簡單的組合一下，很容易得到幾厘米長的電弧，相當漂亮。
下面是一款簡版的馬克思發(fā)生器電路圖：
這款馬克思發(fā)生器總共有六級，每一級由0.002uF 20kV的電容和兩個1m歐姆的電阻構(gòu)成。左邊是一個霓虹燈變壓器(9kV 30mA)，它產(chǎn)生的高壓交流電，通過10個1N4007串聯(lián)組成的整流器整為直流電，給并聯(lián)的六組電容充電，當電容充到一定電壓的時，就會擊穿電容間的放電尖隙，這時6組電容就變成了串聯(lián)的形式，電壓驟增，開始放電，發(fā)出很大的聲響并能產(chǎn)生5厘米左右的電弧，大約每2~3秒放電一次。把電容間的放電尖隙改造成球隙，電弧長度還可以大幅度提高，達到15厘米左右。夠簡單吧!
簡單組裝：
放電效果：
下面這款是改進型，主要是將上面的霓虹燈變壓器換成了自制的高壓發(fā)生器。它由555時基集成電路和高壓晶體管構(gòu)造而成，驅(qū)動一個電視機用的高壓包，產(chǎn)生12kV~20kV的高壓。
【詳情參閱：馬克思發(fā)生器和特斯拉線圈制作圖解?】
TOP10 LED顯示數(shù)字電壓表制作
這是一個很容易建立，但非常準確和有用的數(shù)字電壓表 。它被設(shè)計為面板儀表，可用于直流電源或其他地方有必要有一個準確的電壓指示。該電路采用的ADC(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)IC CL7107由Intersil。該IC集成在一個40針的情況下所有必要的電路，轉(zhuǎn)換成模擬信號向數(shù)字化，并可以直接驅(qū)動四個七段LED顯示系列。到IC中內(nèi)置的電路模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，比較器，一個時鐘，一個解碼器和一個七段LED顯示驅(qū)動器。，因為它是這里所描述的電路，可以顯示在0-1999伏特范圍內(nèi)的任何技術(shù)規(guī)格-特性的直流電壓。
電源電壓：............. + / - 5伏(對稱)；電源要求：... ... 200 mA(最大值)；測量范圍：.......... + / - 0-1,999 VDC；準確度在四個范圍：....................... 0.1%的
特點：體積小；施工方便；低成本；簡單的調(diào)整；從遠處易于閱讀；極少的外部元件，它是如何工作
為了了解電路的工作原則，有必要解釋ADC的IC是如何工作的。該IC具有以下非常重要的特點：
無需采樣和保持電路；它有一個內(nèi)置的時鐘；它沒有高精確度的外部元件的需要。
??? 示意圖：
模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，(從現(xiàn)在的ADC上)更好地稱為雙斜率轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器集成。這種類型的轉(zhuǎn)換器一般優(yōu)于其他類型，因為它提供了準確，簡潔，在設(shè)計和相對冷漠，這使得它非?？煽康脑肼暋ｋ娐返墓ぷ鞲玫乩斫?，如果是在兩個階段的描述。在第一階段，在一定時間內(nèi)輸入電壓的集成，并在這一時期結(jié)束時積分器的輸出，輸入電壓成正比的電壓。在預(yù)設(shè)期間結(jié)束時積分是美聯(lián)儲內(nèi)部參考電壓電路的輸出逐漸減少，直到它到達零的參考電壓水平。這被稱為第二個階段是負斜率期間，其持續(xù)時間取決于在第一階段積分輸出。由于第一次手術(shù)的時間是固定的，第二的長度是可變的的，它可以比較兩個這樣的輸入電壓，其實是內(nèi)部參考電壓和編碼的結(jié)果是，被發(fā)送到顯示屏相比。
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