DIY Efikasitet i lartë 5V Output Buck Converter !: 7 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Doja një mënyrë efikase për të ulur tensionet më të larta nga paketat LiPo (dhe burime të tjera) në 5V për projektet elektronike. Në të kaluarën unë kam përdorur module të përgjithshme të dollarit nga eBay, por kontrolli i diskutueshëm i cilësisë dhe asnjë emër kondensatorësh elektrolitikë nuk më mbushën me besim.

Kështu, vendosa që unë do të bëja konvertuesin tim të zbritjes jo vetëm për të sfiduar veten, por edhe për të bërë diçka të dobishme gjithashtu!

Ajo me të cilën përfundova është një konvertues dollarësh që ka një gamë shumë të gjerë të tensionit të hyrjes (6V deri në 50V hyrje) dhe nxjerr 5V në rrymë ngarkese deri në 1A të gjitha në një faktor të vogël forme. Efikasiteti maksimal i matur ishte 94%, kështu që jo vetëm që ky qark është i vogël, por gjithashtu qëndron i ftohtë.

Hapi 1: Zgjedhja e një IC Buck

Ndërsa sigurisht që mund të bëni një konvertues me një grusht op-amps dhe komponentë të tjerë mbështetës, do të keni performancë më të mirë dhe sigurisht do të kurseni shumë zonë të PCB-së nëse zgjidhni një IC të konvertuesit të dedikuar.

Ju mund të përdorni funksionet e kërkimit dhe filtrimit në faqe si DigiKey, Mouser dhe Farnell për të gjetur një IC të përshtatshëm për nevojat tuaja. Në foton e mësipërme mund të shihni një 16 të frikshme, 453 pjesë ngushtohen në 12 opsione në vetëm disa klikime!

Unë shkova me MAX17502F në një paketë të vogël 3mm x 2mm, por një paketë pak më e madhe ndoshta do të ishte më mirë nëse planifikoni të bashkoni komponentët me dorë. Ky IC ka shumë karakteristika, më të rëndësishmet prej të cilave janë diapazoni i madh i hyrjes deri në 60V* dhe fuqitë e brendshme FET që do të thotë se nuk nevojitet MOSFET ose Diodë e jashtme.

*Vini re se në hyrje kam deklaruar se ishte hyrje 50V, por pjesa mund të përballojë 60V? Kjo është për shkak të kondensatorëve të hyrjes dhe nëse keni nevojë për hyrje 60V qarku mund të modifikohet për t'iu përshtatur.

Hapi 2: Kontrolloni fletën e të dhënave të IC tuaj të zgjedhur

Më shpesh sesa jo, do të ketë atë që quhet "Qarku tipik i aplikimit" i treguar në fletën e të dhënave, i cili do të jetë shumë i ngjashëm me atë që po përpiqeni të arrini. Kjo ishte e vërtetë për rastin tim dhe megjithëse dikush thjesht mund të kopjojë vlerat e komponentit dhe ta quajë të kryer, unë do të rekomandoja të ndiqni procedurën e projektimit (nëse ofrohet).

Këtu është fleta e të dhënave të MAX17502F:

Duke filluar në faqen 12 ka rreth një duzinë ekuacionesh shumë të thjeshta që mund t'ju ndihmojnë të zgjidhni vlerat më të përshtatshme të komponentit dhe gjithashtu ndihmon në dhënien e detajeve në lidhje me disa nga vlerat e pragut - siç është vlera minimale e induktivitetit.

Hapi 3: Zgjidhni Komponentët për Qarkun tuaj

Prit mendova se ne tashmë e bëmë këtë pjesë? Epo, pjesa e mëparshme ishte gjetja e vlerave ideale të komponentit, por në botën reale duhet të vendosemi për përbërës jo idealë dhe paralajmërimet që vijnë.

Si shembull, kondensatorët qeramikë me shumë shtresa (MLCC) përdoren për kondensatorët hyrës dhe dalës. MLCC -të kanë shumë përfitime mbi kondensatorët elektrolitikë - veçanërisht në konvertuesit DC/DC - por ato i nënshtrohen diçkaje të quajtur DC Bias.

Kur një tension DC aplikohet në një MLCC, vlerësimi i kapacitetit mund të bjerë deri në 60%! Kjo do të thotë që kondensatori juaj 10µF tani është vetëm 4µF në një tension të caktuar DC. Nuk me beson? Hidhini një sy faqes së internetit të TDK -së dhe lëvizni poshtë për të dhëna karakteristike për këtë kondensator 10 μF.

Një zgjidhje e lehtë për këtë lloj çështjeje është e thjeshtë, thjesht përdorni më shumë MLCC paralelisht. Kjo gjithashtu ndihmon për të zvogëluar valëzimin e tensionit pasi ESR është zvogëluar dhe është shumë e zakonshme të shihet në produktet komerciale që duhet të plotësojnë specifikimet e rrepta të rregullimit të tensionit.

Në imazhet e mësipërme ekziston një Projektligj skematik dhe përkatës (BOM) nga Kompleti i Vlerësimit MAX17502F, kështu që nëse nuk duket se gjeni një zgjedhje të mirë përbërëse, atëherë shkoni me shembullin e provuar:)

Hapi 4: Popullimi i Skemës dhe Planifikimit të PCB

Me komponentët tuaj aktual të zgjedhur është koha për të krijuar një skemë që kap këto përbërës, për këtë zgjodha EasyEDA siç e kam përdorur më parë me rezultate pozitive. Thjesht shtoni përbërësit tuaj, duke u siguruar që ata kanë gjurmën e madhësisë së duhur dhe lidhni përbërësit së bashku ashtu si qarku tipik i aplikimit më parë.

Pasi të ketë përfunduar, klikoni në butonin "Konverto në PCB" dhe do të silleni në seksionin e PCB Layout të mjetit. Mos u shqetësoni nëse nuk jeni të sigurt për diçka pasi ka shumë mësime në internet në lidhje me EasyEDA.

Paraqitja e PCB -së është shumë e rëndësishme dhe mund të bëjë ndryshimin midis qarkut që punon ose jo. Unë do të këshilloja me forcë që të ndiqni të gjitha këshillat e paraqitjes në fletën e të dhënave të IC kur është e disponueshme. Pajisjet Analog kanë një shënim të shkëlqyeshëm të aplikimit në temën e Planifikimit të PCB nëse dikush është i interesuar:

Hapi 5: Porositni PCB -të tuaja

Jam i sigurt se shumica prej jush në këtë pikë i keni parë mesazhet promovuese në videot e youtube për JLCPCB dhe PCBway, kështu që nuk duhet të jetë surprizë që kam përdorur edhe një nga këto oferta promovuese. I porosita PCB -të e mia nga JLCPCB dhe ata mbërritën pak më shumë se 2 javë më vonë, kështu që vetëm nga pikëpamja monetare ato janë mjaft të mira.

Sa i përket cilësisë së PCB -ve nuk kam absolutisht asnjë ankesë, por ju mund të jeni gjykatësi i kësaj:)

Hapi 6: Montimi dhe Testimi

I bashkova me dorë të gjithë komponentët në PCB të zbrazët, e cila ishte mjaft e çuditshme edhe me dhomën shtesë që lashë midis përbërësve, por ka shërbime montimi nga JLCPCB dhe shitës të tjerë të PCB të cilat do të eliminonin nevojën për këtë hap.

Duke lidhur energjinë në terminalet hyrëse dhe duke matur daljen, më përshëndeti me 5.02V siç u pa nga DMM. Pasi verifikova daljen 5V në të gjithë gamën e tensionit, lidha një ngarkesë elektronike në të gjithë daljen e cila ishte rregulluar në tërheqjen aktuale 1A.

Buck filloi drejtpërdrejt me këtë rrymë ngarkese 1A dhe kur mata tensionin e daljes (në tabelë) ishte në 5.01V, kështu që rregullimi i ngarkesës ishte shumë i mirë. Vendosa tensionin e hyrjes në 12V pasi ky ishte një nga rastet e përdorimit që kisha në mendje për këtë tabelë dhe mata rrymën hyrëse si 0.476A. Kjo jep një efikasitet prej afërsisht 87.7%, por në mënyrë ideale do të donit një qasje të testimit me katër DMM për matjet e efikasitetit.

Në rrymën e ngarkesës 1A vura re se efikasiteti ishte pak më i ulët se sa pritej, besoj se kjo është për shkak të (I^2 * R) humbjeve në induktor dhe në vetë IC. Për ta konfirmuar këtë, vendosa rrymën e ngarkesës në gjysmë dhe përsërita matjen e mësipërme për të marrë një efikasitet prej 94%. Kjo do të thotë se me përgjysmimin e rrymës së prodhimit humbjet e energjisë u reduktuan nga 15 615mW deri në m 300mW. Disa humbje do të jenë të pashmangshme, të tilla si kalimi i humbjeve brenda IC, si dhe rryma qetësuese, kështu që unë jam akoma shumë i kënaqur me këtë rezultat.

Hapi 7: Përfshini PCB -në tuaj të personalizuar në disa projekte

Tani ju keni një furnizim të qëndrueshëm 5V 1A që mund të mundësohet nga një bateri litiumi 2S në 11S, ose ndonjë burim tjetër midis 6V dhe 50V, nuk ka nevojë të shqetësoheni se si të fuqizoni projektet tuaja elektronike. Qoftë qark i bazuar në mikrokontrollues ose thjesht analoge, ky konvertues i vogël mund të bëjë gjithçka!

Shpresoj se ju ka pëlqyer ky udhëtim dhe nëse e keni arritur deri këtu, faleminderit shumë për leximin!