Në kërkim të efikasitetit .: 9 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:15

BUCK Converter në madhësinë "DPAK"

Zakonisht, projektuesi fillestar elektronik ose një hobiist na nevojitet një rregullator i tensionit në tabelën e qarkut të shtypur ose një dërrasë buke. Fatkeqësisht nga thjeshtësia, ne përdorim një rregullator linear të tensionit, por nuk është plotësisht i keq sepse ndonjëherë varet nga aplikimet është e rëndësishme.

Për shembull, në pajisjet analoge të sakta (si pajisjet e matjes) përdor më mirë një rregullator linear të tensionit (për të minimizuar problemet e zhurmës). Por në pajisjet elektronike të energjisë si një llambë LED, ose një para-rregullator për fazën e rregullatorëve linearë (për të përmirësuar efikasitetin) është më mirë të përdorni një rregullator të tensionit të konvertuesit DC/DC BUCK si furnizimi kryesor, sepse këto pajisje janë me efikasitet më të mirë se një rregullator linear në daljet aktuale të larta ose ngarkohen fort.

Një tjetër opsion që nuk është aq elegant, por është i shpejtë, është përdorimi i konvertuesve DC / DC në module të parafabrikuara dhe thjesht shtimi i tyre mbi qarkun tonë të shtypur, por kjo e bën tabelën e qarkut shumë më të madhe.

Zgjidhja që unë i propozoj hobistit ose fillestarit elektronik përdor një modul konvertues DC/DC BUCK që është një modul që është i montuar në sipërfaqe, por duke kursyer hapësirë.

Furnizimet

• 1 Konvertues komutues Buck 3A --- RT6214.
• 1 Induktor 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 Kondensator 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 Kondensator 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 Kondensator 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 Rezistencë 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 Rezistencë 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

Hapi 1: Zgjedhja e kalorësit më të mirë

Zgjedhja e konvertuesit DC/DC BUCK

Hapi i parë për të hartuar një konvertues DC/DC Buck është gjetja e zgjidhjes më të mirë për aplikimin tonë. Zgjidhja më e shpejtë është përdorimi i një rregullatori kalimi në vend që të përdorni një kontrollues komutues.

Dallimi midis këtyre dy opsioneve është treguar më poshtë.

Ndërrimi i rregullatorit

1. Shumë herë ato janë monolite.
2. Efikasiteti është më i mirë.
3. Ata nuk mbështesin rryma shumë të larta dalëse.
4. Ato janë më të lehta për tu stabilizuar (Kërkojnë vetëm një qark RC).
5. Përdoruesi nuk ka nevojë për shumë njohuri rreth konvertuesit DC/DC për të bërë modelin e qarkut.
6. Janë të para -konfiguruara për të punuar vetëm në një topologji të veçantë.
7. Çmimi përfundimtar është më i ulët.

Trego më poshtë një shembull të zvogëluar nga një Rregullator i Ndërrimit [Imazhi i parë në këtë hap].

Kontrolluesi i kalimit

1. Kërkojnë shumë përbërës të jashtëm siç janë MOSFET dhe Diodat.
2. Ato janë më komplekse dhe përdoruesi ka nevojë për më shumë njohuri rreth konvertuesit DC/DC për të bërë modelin e qarkut.
3. Ata mund të përdorin më shumë topologji.
4. Mbështetni një rrymë dalëse shumë të lartë.
5. Çmimi përfundimtar është më i lartë.

Trego më poshtë një qark tipik aplikimi të një Kontrolluesi Ndërrimi [Imazhi i dytë në këtë hap]

• Duke marrë parasysh pikat e mëposhtme.

  1. Kosto.
  2. Hapësira [Fuqia dalëse varet nga kjo].
  3. Prodhimi i energjisë.
  4. Efikasiteti.
  5. Kompleksiteti.

Në këtë rast, unë përdor një Richtek RT6214 [A për modalitetin e vazhdueshëm është më i mirë për ngarkesën e fortë, dhe opsioni B që funksionon në modalitetin e ndërprerë që është më i mirë për ngarkesën e lehtë dhe përmirëson efikasitetin në rrymat e ulëta të daljes] që është një DC /DC Buck Converter monolit [dhe kështu ne nuk kemi nevojë për ndonjë përbërës të jashtëm siç janë Power MOSFET dhe diodat Schottky sepse konvertuesi ka të integruar çelsat MOSFET dhe MOSFET të tjerë që funksionon si Dioda].

Informacione më të hollësishme mund të gjenden në lidhjet e mëposhtme: Buck_converter_guide, Krahasimi i Topologjive të Buck Converter, Kriteret e Zgjedhjes së Buck Converter

Hapi 2: Induktori është aleati juaj më i mirë në Konvertuesin DC/DC

Kuptimi i induktorit [Analiza e fletës së të dhënave]

Duke marrë parasysh hapësirën në qarkun tim, unë përdor një ECS-MPI4040R4-4R7-R me një 4.7uH, rrymë nominale prej 2.9A, dhe një rrymë të ngopjes prej 3.9A dhe rezistencë DC 67m ohms.

Rryma nominale

Rryma nominale është vlera aktuale kur induktori nuk humbet vetitë si induktiviteti dhe nuk rrit temperaturën e ambientit.

Rryma e ngopjes

Rryma e ngopjes në induktor është vlera aktuale kur induktori humbet vetitë e tij dhe nuk punon për të ruajtur energjinë në një fushë magnetike.

Madhësia vs Rezistenca

Sjellja e tij normale që hapësira dhe rezistenca varen nga njëra -tjetra sepse nëse nevoja kursen hapësirë ne duhet të kursejmë hapësirë duke zvogëluar vlerën AWG në tela magnet dhe nëse dua të humb rezistencën duhet të rris vlerën AWG në tela magnetik.

Frekuenca e vetë-rezonancës

Frekuenca e vetë-rezonancës arrihet kur frekuenca e ndërrimit anuloi induktancën dhe vetëm tani ekziston kapaciteti parazitar. Shumë prodhues rekomanduan mbajtjen e frekuencës së ndërrimit të një induktori për të paktën një dekadë nën frekuencën e vetë-rezonancës. Për shembull

Frekuenca e vetë-rezonancës = 10MHz.

f-switching = 1MHz.

Dekada = log [baza 10] (Frekuenca e Vetë -rezonancës / f - ndërrimi)

Dekada = log [baza 10] (10MHz / 1MHz)

Dekada = 1

Nëse doni të dini më shumë për induktorët, ju lutemi kontrolloni lidhjet e mëposhtme: Vetë_rezonanca_induktore, Saturation_current_vs nominal_current

Hapi 3: Induktori është Zemra

Përzgjedhja e Induktorit Ideal

Induktori është zemra e konvertuesve DC / DC, prandaj është jashtëzakonisht e rëndësishme të mbani në mend pikat e mëposhtme për të arritur performancë të mirë të rregullatorit të tensionit.

Rryma dalëse e tensionit rregullator, rryma nominale, rryma e ngopjes dhe rryma e valëzimit

Në këtë rast, prodhuesi siguron ekuacione për të llogaritur induktorin ideal sipas rrymës së valëzimit, daljes së tensionit, hyrjes së tensionit, frekuencës së ndërrimit. Ekuacioni është treguar më poshtë.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-kalimi x rrymë valëzimi.

Rryma e valëzimit = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-switching x L.

IL (kulmi) = Iout (Max) + rrymë valëzimi / 2.

Duke aplikuar ekuacionin e rrymës së valëzimit në induktorin tim [Vlerat janë në hapin e mëparshëm] rezultatet do të tregohen më poshtë.

Vin = 9V.

Vout = 5V.

f-Ndërrimi = 500kHz.

L = 4.7uH.

Iout = 1.5A

Rryma ideale e valëzimit = 1.5A * 50%

Rryma ideale e valëzimit = 0.750A

Rryma e valëzimit = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

Rryma e valëzimit = 0.95A*

IL (kulmi) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (kulmi) = 1.975A **

*Rekomandohet të përdorni rrymën e valëzimit afër 20% - 50% të rrymës dalëse. Por ky nuk është një rregull i përgjithshëm sepse varet nga koha e përgjigjes së rregullatorit të kalimit. Kur kemi nevojë për një përgjigje të shpejtë kohore ne duhet të përdorim një induktancë të ulët sepse koha e ngarkimit në induktor është e shkurtër dhe kur kemi nevojë për një përgjigje të ngadaltë të kohës ne duhet të përdorim një induktancë të lartë sepse koha e ngarkimit është e gjatë dhe me këtë, ne zvogëlojmë IKE.

** Prodhuesi i rekomanduar nuk kalon rrymën maksimale të luginës që mbështet pajisjen për të ruajtur një gamë të sigurt. Në këtë rast, rryma maksimale e luginës është 4.5A.

Këto vlera mund të konsultohen në lidhjen e mëposhtme: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

Hapi 4: E ardhmja është tani

Përdorni REDEXPERT për të zgjedhur induktorin më të mirë për konvertuesin tuaj

REDEXPERT është një mjet i shkëlqyeshëm kur duhet të dini se cili është induktori më i mirë për konvertuesin tuaj, konvertuesin nxitës, konvertuesin sepik, etj. Ky mjet mbështet topologji të shumta për të simuluar sjelljen tuaj të induktorit, por ky mjet mbështet vetëm disa pjesë nga Würth Electronik. Në këtë mjet, ne mund të shikojmë në grafikë rritjen e temperaturës kundrejt rrymës dhe humbjet e induktancës kundrejt rrymës në induktor. Ajo ka nevojë vetëm për parametra të thjeshtë të hyrjes siç janë treguar më poshtë.

• Tensioni i hyrjes
• tension dalës
• prodhimi aktual
• frekuenca e ndërrimit
• rrymë valëzuese

Lidhja është e ardhmja: Simulatori REDEXPERT

Hapi 5: Nevoja jonë është e rëndësishme

Llogaritja e vlerave të daljes

Veryshtë shumë e thjeshtë për të llogaritur tensionin e daljes, ne vetëm duhet të përcaktojmë një ndarës të tensionit të përcaktuar nga ekuacioni i mëposhtëm. Vetëm ne kemi nevojë për një R1 dhe përcaktojmë një dalje të tensionit.

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

Treguar më poshtë një shembull duke përdorur një RT6214AHGJ6F.

R2 = 10k

Vout = 5.

Vref = 0.8.

R1 = 10k (5 - 0.8) / 0.8.

R1 = 52.5k

Hapi 6: Mjet i shkëlqyeshëm për një Dizajner të Madh Elektronik

Përdorni mjetet e prodhuesit

Kam përdorur mjetet e simulimit të ofruara nga Richtek. Në këtë mjedis, ju mund të shihni sjelljen e konvertuesit DC/DC në analizën e gjendjes së qëndrueshme, analizën kalimtare, analizën e fillimit.

Dhe rezultatet mund të konsultohen në imazhe, dokumente dhe simulim video.

Hapi 7: Dy janë më mirë se një

Dizajni i PCB në Eagle dhe Fusion 360

Dizajni i PCB është bërë në Eagle 9.5.6 në bashkëpunim me Fusion 360 Unë sinkronizoj modelin 3D me modelin e PCB për të marrë një pamje reale të modelit të qarkut.

Tregohet më poshtë pikat e rëndësishme për të krijuar një PCB në Eagle CAD.

• Krijimi i bibliotekës.
• Dizajn skematik.
• Dizajni i PCB ose dizajni i Layout
• Gjeneroni pamje reale 2D.
• Shtoni modelin 3D në pajisje në hartimin e paraqitjes.
• Sinkronizoni PCB Eagle me Fusion 360.

Shënim: Të gjitha pikat e rëndësishme ilustrohen nga imazhet që gjeni në fillim të këtij hapi.

Ju mund ta shkarkoni këtë qark në depon e GitLab:

Hapi 8: Një problem, një zgjidhje

Përpiquni ndonjëherë të merrni parasysh të gjitha variablat

Më e thjeshta nuk është kurrë më e mirë … Këtë e thashë me vete kur projekti im ngroh deri në 80ºC. Po, nëse keni nevojë për një rrymë relativisht të lartë të prodhimit, mos përdorni rregullatorë linearë sepse ato shpërndajnë shumë energji.

Problemi im … rryma e daljes. Zgjidhja… përdor një konvertues DC/DC për të zëvendësuar një rregullator linear të tensionit në një paketë DPAK.

Sepse këtë e quajta projekti Buck DPAK

Hapi 9: Përfundim

Konvertuesit DC / DC janë sisteme shumë efikase për rregullimin e tensionit në rryma shumë të larta, megjithatë në rryma të ulëta ato janë përgjithësisht më pak efikase, por jo më pak efikase sesa një rregullator linear.

Në ditët e sotme është shumë e lehtë të jesh në gjendje të hartosh një konvertues DC / DC falë faktit se prodhuesit kanë lehtësuar mënyrën në të cilën ato kontrollohen dhe përdoren.