我們購買小電壓、電流的電子產品時，電子產品的電源線常常使用USB線，累積下來有好多的USB線，希望將這些USB線常常使用USB線，作為我們電子小專題的可插拔式電源。
| 作者/攝影 | 豐智 |
| 時間 | 2-3小時 |
| 成本 | 約200元 |
| 難度 | * * * |
| 材料表 |
今天跟大家分享的作品，電源供應器，平常實驗的時候、或者做電子作品的時候需要外接電源，我們來分享這個模組，大家做各式各樣的作品時，也可以這篇文章了解電源基本要用的功能
我們購買小電壓電流的電子產品時，常常使用USB線作為電子產品的電源線，累積下來有好多好多的USB線，希望夠再次利用這些USB線作為我們電子小專題的電源
我們常常拿到的USB線有這機種。USB-TypeA、USB-TypeB、USB-TypeC、MiniUSB線、MicroUSB。各位可以依照家裡多餘的線買對應的接頭。
我們設計電源供應器希望能夠
- 做電子實驗時可以在麵包板上外接電源
- 作各種小專題把這個模組加上去，用USB線供電
這次設計的簡易型電源供應器有幾個注意事項
- 限制最高電流
- 超過最高的電壓電流保險
- 避免忽然插上USB線時，瞬間電壓電流過高
- 避免忽然拔掉電源，瞬間無供應電
- 輸入輸出電源的接頭
1、限制最高電流
為什麼要限制最高電流?一般電子產品使用的電子元件、晶片，在說明文件裡會告知電子元件／晶片可以使用的電壓電流範圍。一般的電子商城，販賣電子元件時會提供數據手冊（Datasheet）或使用規範，如果你是直接到電子零件店購買，也可以詢問電子零件的廠牌型號，在網路上尋找資料手冊。
以下圖為例，我在網路商城（連結）購買一個MicroUSB接頭，這個接頭的販賣時有相關使用規範，額定電流值為1.8A，如果使用平板電腦的電源供應器(2A~3A)，超過該電子元件的額定電流，使用時極有可能發生電子元件燒壞等狀況。
1、 網路購買電子元件，使用規範
2、點擊Datasheet檢查資料手冊的使用規範
2、超過最高的電流保險
Step1：選擇保險絲
設計的人會注意自己做品使用時的注意事項，但天有不測風雲，自己也會有忘記、或者其他人使用時不小心接上超過額定電流的電源供應器，這時候可以使用保險絲，超過電流值的時候，保險絲會先燒斷，讓電路變成一個斷掉的迴路，避免波及其他的電子元件。最近很流行的Arduino開發板，相關的感測器模組、電子晶片大多額定電流在1A，故我們這裡選用1A的保險絲。
為了可以依照不同使用狀況，限定最高電流，我們這裡使用可拆拔的玻璃管保險絲。
3、 1A的玻璃管保險絲-資料連結
Step2：接著在MultiSIM BLUE選擇1A保險絲
1、首先選擇[Place]→[Component]
接著選[Mouser Database]→[Power]→[FUSE_Cylindrical_Littelfuse_Cartridge_213]→[1A]
2、這裡使用［Mouser Database］資料庫，它的特徵可以透過右下角的[Hyperlink]點選網址，觀看實際對應的電子零件資料手冊、使用規範、價格、庫存等資訊，這個保險絲的實際長度是20mm。
4、 在軟體中選擇1A保險絲
5、 對應的實體保險絲
Step3：選擇保險絲座兩個
選擇[Place]→[Component]
接著選[Mouser Database]→[Power]→[FUSE_Holder_Littelfuse_Clip]→[01110512Z]
6、 在軟體中選擇保險絲座
7、對應的實體保險絲座
3、4、避免忽然插上USB線時，瞬間電壓電流過高，忽然拔掉電源，瞬間無供應電
各位可以嘗試使用：RC充放電路，RC指的是電阻（Resistor）與電容（Capacitor）。
充電：
如下圖，當電源供應器另一方接上馬達，接上5V1A的USB線(VCC1)的瞬間，不僅會供電給馬達，同時會分散電流到電阻與電容，當電容充飽電之後，電容會相當於無限大的電阻值，所有的電壓電流都會使用在馬達上。
充電的時間會是多長呢?這次選擇的電阻是1K歐姆=1000歐姆，電解電容16V，100uF(微法拉)=0.0001F(法拉)，充電時間的公式T=RC，充電所需時間為0.1秒，想降低充電時間可以降低電阻或降低電容容量喔。
8、 充電電路
放電：
我們拔開5V1A的USB線之後，電容儲存的電荷會供給馬達轉動，直到電容儲存的電用完。
9、放電電路
Step1：選擇電容
選擇[Place]→[Component]
接著選[Master Database]→[CAP_ELECTROLIT]→[100uF]→[IPC-2221A/2222/CAPPR200-500X1100]
10、選擇100uF電容
Step2：選擇電阻
選擇[Place]→[Component]
接著選[Master Database]→[RESISTOR]→[1K]→[IPC-2221A/2222/RES900-300X200]
11、選擇1K電阻
5、輸入輸出電源的接頭
這次輸入電源的USB線選用最近很流行的ArduinoUNO USB接頭，USB Type-B接頭。
12、實體USB Type-B接頭
這次輸出電源選用端子台，這種端子台底部有2個針腳(Pin)，圖片上方有螺絲孔，使用螺絲起子鬆開螺絲後，中間的固定座便會鬆開，鎖緊螺絲中間的固定座則會鎖緊。
13、實體端子台
14、使用螺絲鎖緊/放開端子台
Step1：尋找替代的USB針腳
在軟體USB Type-B接頭目前沒有Component，我們以2X2的排針替代USB Type-B腳位
選擇[Place]→[Component]
接著選[Mouser Database]→[Connectors]→[HEADER_PIN_Double_Row_TE_Connectivity]→[102973-2]
15、 取代USB Type-B選擇2X2接頭
Step2：更改USB針腳名稱
1、為了方便識別USB Type-B的5V與GND，點擊剛剛的2X2接頭，點選右鍵選擇[Properties]→[Label]→更改[RefDes]名稱為USB Type B。
2、接著更改[RefDes]名稱為1 is GND 2 is 5V
16、 更改標籤名稱
17、取代USB Type-B的5V、GND
3、接著顯示每隻腳位的編號，選擇[Display]→[Use component specific visibility settings]→勾選[Show footprint pin names]
18、 顯示腳位號碼
19、 完成圖示
Step3：新增端子台並修改端子台名稱
選擇[Place]→[Component]
接著選[Mouser Database]→[Connectors]→[CONN_SCREW_TERM_Phoenix_Contact]→[1715721]
20、新增兩個針腳的端子台
點擊剛剛的端子台，點選右鍵選擇[Properties]→[Label]→更改[RefDes]名稱為Terminal Block。
21、 更改端子台名稱
Step4：新增VCC、GND
1、選擇[Place]→[Component]
接著選[MasterDatabase]→[All families]→搜尋[VCC]
2、接著選[MasterDatabase]→[All families]→搜尋[Ground]
3、完成後所有的電子元件如下圖：
22、 總共使用的電子零件
Step5：接出RC 充放電路
根據剛剛說明的RC充放電路，將思路轉換成USB電源供應器，下圖左方代表USB 接頭，可依個人喜好更換USB接頭的類型。左方則是端子台，你可以透過端子台為各種電子小專題供應電源。
23、 電源供應器充放電電路圖
在MultiSIM BLUE完成的電路圖如下，請大家檢查看看是否一致
24、電源供應器充放電電路圖2
6、使用電路模擬軟體測量端子台電壓
1、在MultiSIM BLUE中有模擬電路的功能，可以對電路測量電壓、電流、訊號波形等測量，這次要模擬端子台（Terminal Block）是否有5V電壓輸出。
2、選擇[Simulate]→[Instruments]→[Multimeter]。
小提醒：在MultiSIM BLUE右方的工具列，也可以電選這些測量工具。
25、 開啟MultiSIM BLUE 模擬功能
3、[Multimeter]相當於電子專題不可或許的小幫手－三用電表，可以測量電流、直流電、交流電、電阻值等數值。
26、 使用Multimeter測量
4、測量電壓方法與三用電表相同，量測待測物電壓需要與待測物並聯，請從［XMM1］拉線與端子台進行並聯。
27 將Multimeter與端子台接線並聯
5、選擇[Simulate]→[Run]（或點擊F5，或點擊軟體上方工具列快捷鍵）即可執行模擬，對[XMM1]點擊兩次後，畫面會顯示量測到的電壓值，若沒有量測到5V電壓，請檢查電路是否問題。
28 量測端子台電壓
將電路圖的資料轉換成電路板
在MultisimBlue上繪製完電路圖之後，我們將電路圖轉換成PCB繪圖軟體檔案。
點選[Transfer]→ [Transfer to Ultiboard]→[Transfer to Ultiboard Component Evaluator14.0]
29、電路圖轉電路板
轉換完成後，MultisimBlue會幫助我們開啟PCB軟體：[Ultibaord Component Evaluator Mouser Electronic Edition]，電路圖電子元件間的接線，在PCB軟體會將轉換成預拉線，如下圖。
30電路板與預拉線
進行電路板布局
Step1將電子元件移至左下角，整理線路
請將電子元件全部移到左下角，靠近左下角的原點，我們可以使用[Ctrl+R]對電子元件旋轉，盡量建少每條線之間互相交叉，重疊。USB Type B線的接頭、負責輸出電壓電流的端子台，盡量靠近邊界，沒有其他電子元件阻擋。
31 移至左下角的原點並整理元件
Step2設定玻璃管保險絲距離
下圖是玻璃管保險絲加上兩個保險絲座，本次選用的玻璃管保險絲長度為20mm，可以使用軟體上方、左方的刻度表量測，保持兩個保險絲座的距離為20mm，也留17~20mm給USB接頭。
33、保險絲座與USB接頭距離
Step3使用資料手冊設定USB Type B距離
參考我們購買的接頭廠商與型號下載資料手冊-連結，下圖是USB Type B的資料手冊，我們可以透過手冊了解USB接頭的尺寸資料
34、 下載資料手冊
根據下圖的USB接頭俯視、側視圖片，我們得知USB接頭總長為16.5mm，有四隻針腳與左右兩個大腳座，你可以決定如何移動腳座，腳座左側有10.28mm的空間，也可以讓USB接頭超過一半的空間暴露在電路板之外。（以下資料圖片源自貿澤電子商城）
35、 USB接頭俯視尺寸
36、 USB接頭側視尺寸
37、 USB接頭前視尺寸
38、 USB接頭底座針腳尺寸
這裡設計USB接頭前後長度留18mm，左右寬度留下20mm。如有興趣，也可以為左右兩方的大腳座設定焊接的孔位，做為固定USB腳座的支點喔。
39、 USB接頭長寬設定
Step4、編輯Board Outline
1、將滑鼠移至左方的[Design Toolbox]工具列對[Board Outline]點擊兩次，可以對黃色線的板框刪除、縮小放大。
40、Board Outline
2、在軟體上方的點選[Edit]→[Selection filter]→[Enable selecting other objects]，可以編輯電子元件以外的物件
41、編輯電子元件以外的物件
Step5、更改電子元件的位置
1、安排完電子元件後，可以點選[View 3D]，觀看電子元件的3D顯示圖。
42、View3D
2、安排電子元件時，可以把電子元件更換到另外一面，我們稱電路板正面為[Copper Top]、背面為[Copper Bottom] ，你也可以選擇每一面代表的顏色。（Top預設為綠色、Bottom預設為紅色），請將所有的線路、焊接孔位在一面、電子元件在另一面。
43、選擇Copper Top
44、更換電子元件板面位置
45、電路板布局3D圖
進行電路板布線
Step1、使用自動布線
選擇右上方的[Start/resume autorouter]或使用快捷鍵（Ctrl + Shift + 8）進行自動布線
46、自動布線
Step2、整理布線
這次的作品比較容易，整理布線時首先注意兩點，可以避免走線路徑產生一些不必要的電池輻射（1）線需要轉彎時，轉彎角度應該大於90度（2）轉彎需要再轉彎時，應多走一些距離再轉彎。
47、整理布線
Step3 設定走線的路徑
電源供應的電流越高，走線的線寬需要越寬，一般在攝氏35度的狀況下，1A的電流線寬至少要大於0.2mm、2A至少大於0.3mm、3A至少大於1mm。
A、選擇想加寬的走線後滑鼠右鍵，點選[Properties]，出現下圖的[Trace Properties]。
B、選擇[General]→到[Measurements]將寬度[Width]調整為2mm。
48、設定走線路徑寬度
49、5V路徑加寬度
Step4 設定Dril與PAD
為了使焊接更容易，鑽頭的鑽孔點正確，請依照下列步驟。
1、點選[PAD]，左上方選項可以選擇PAD的形狀，為了焊接方便，我們要把PAD的面積變大，但不能碰到相鄰的PAD的或走線。
A、選擇形狀Shape：
選擇[Rectangle]→設定長度[Length]為1.5mm或2mm。
B、選擇大小Size：
選擇[Pad diameter]→設定直徑為2mm或4mm。
C、選擇鑽孔大小Hole：
選擇[Dril diameter]→設定直徑為1.2mm。鑽孔大小請依照使用者的鑽刀大小做設定。
50、設定Dril與PAD
3、PAD與Dril設定後的參考圖片
51、設定合適的Dril與PAD
Step4 Power plane
Power plane可以選擇一種線路，大範圍留下銅箔，一般會留給接地面（Ground），與Ground連接的接點會變成與一大片銅箔相連。
選擇[Place]→[Power plane]→Net選項選擇[0]
52、對Ground線路進行Power plane
53、Top板面上的電路
54、Bottom板面上的電路
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