„Pasidaryk pats“didelio efektyvumo 5 V išvesties „Buck“keitiklis!: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Norėjau efektyvaus būdo sumažinti aukštesnę įtampą nuo „LiPo“pakuočių (ir kitų šaltinių) iki 5 V elektronikos projektams. Anksčiau naudojau bendrus „eBay“modulius, tačiau abejotina kokybės kontrolė ir be pavadinimo elektrolitiniai kondensatoriai manęs nepasitikėjo.

Taigi, nusprendžiau, kad pasidarysiu savo žingsnio keitiklį, kad ne tik iššaukčiau save, bet ir padarysiu kažką naudingo!

Tai, ką aš baigiau, yra „Buck“keitiklis, turintis labai platų įėjimo įtampos diapazoną (įėjimas nuo 6 V iki 50 V) ir išvestis 5 V esant 1 A apkrovos srovei. Maksimalus mano išmatuotas efektyvumas buvo 94%, todėl ši grandinė ne tik maža, bet ir išlieka vėsi.

1 žingsnis: „Buck IC“pasirinkimas

Nors tikrai galite pasigaminti pinigų keitiklį, kuriame yra keletas stiprintuvų ir kitų pagalbinių komponentų, jūs gausite geresnį našumą ir tikrai sutaupysite daug PCB srities, jei pasirinksite tam skirtą „Buck Converter IC“.

Galite naudoti paieškos ir filtravimo funkcijas tokiose svetainėse kaip „DigiKey“, „Mouser“ir „Farnell“, kad surastumėte savo poreikiams tinkamą IC. Aukščiau esančiame paveikslėlyje galite pamatyti bauginančias 16, 453 dalis vos keliais paspaudimais susiaurindami iki 12 variantų!

Aš nuėjau su MAX17502F mažoje 3 mm x 2 mm pakuotėje, tačiau šiek tiek didesnė pakuotė tikriausiai būtų geresnė, jei planuojate rankiniu būdu lituoti komponentus. Šis IC turi daug funkcijų, iš kurių labiausiai pastebimas yra didelis įėjimo diapazonas iki 60 V* ir vidinės galios FET, todėl nereikia išorinio MOSFET ar diodo.

*Atkreipkite dėmesį, kad įžangoje nurodžiau, kad įėjimas yra 50 V, tačiau dalis gali valdyti 60 V įtampą? Taip yra dėl įvesties kondensatorių ir, jei jums reikia 60 V įvesties, grandinę galima pakeisti taip, kad tiktų.

2 veiksmas: patikrinkite pasirinkto IC duomenų lapą

Dažniausiai duomenų lape bus rodoma vadinamoji „tipinė taikymo grandinė“, kuri bus labai panaši į tai, ką bandote pasiekti. Tai buvo tiesa mano atveju ir nors galima tiesiog nukopijuoti komponentų vertes ir pavadinti jas atliktomis, rekomenduočiau laikytis projektavimo procedūros (jei yra).

Čia yra MAX17502F duomenų lapas:

Pradedant nuo 12 puslapio, yra apie keliolika labai paprastų lygčių, kurios gali padėti pasirinkti tinkamesnes komponento vertes, taip pat padeda pateikti išsamią informaciją apie kai kurias ribines vertes, pvz., Mažiausią induktyvumo vertę.

3 žingsnis: Pasirinkite grandinės komponentus

Palaukite, aš maniau, kad mes jau padarėme šią dalį? Na, ankstesnė dalis turėjo rasti idealias komponentų vertes, tačiau realiame pasaulyje turime tenkintis ne idealiais komponentais ir su tuo susijusiais įspėjimais.

Pavyzdžiui, įvesties ir išvesties kondensatoriams naudojami daugiasluoksniai keraminiai kondensatoriai (MLCC). MLCC turi daug privalumų, palyginti su elektrolitiniais kondensatoriais, ypač DC/DC keitikliuose, tačiau jiems taikomas kažkas, vadinamas DC šališkumu.

Kai MLCC įjungiama nuolatinė įtampa, talpa gali sumažėti iki 60%! Tai reiškia, kad jūsų 10 µF kondensatorius dabar yra tik 4 µF esant tam tikrai nuolatinei įtampai. Netikite manimi? Pažvelkite į TDK svetainę ir slinkite žemyn, kad gautumėte būdingus šio 10µF kondensatoriaus duomenis.

Lengvas šios rūšies problemos sprendimas yra paprastas, tiesiog naudokite daugiau MLCC lygiagrečiai. Tai taip pat padeda sumažinti įtampos svyravimus, nes ESR sumažėja ir tai labai dažnai pastebima komerciniuose produktuose, kurie turi atitikti griežtas įtampos reguliavimo specifikacijas.

Aukščiau esančiuose vaizduose yra schema ir atitinkamas medžiagų sąrašas (BOM) iš MAX17502F vertinimo rinkinio, taigi, jei negalite rasti gero komponento pasirinkimo, naudokite išbandytą pavyzdį:)

4 žingsnis: schemos ir PCB išdėstymo užpildymas

Pasirinkus faktinius komponentus, atėjo laikas sukurti schemą, kurioje būtų užfiksuoti šie komponentai, todėl aš pasirinkau „EasyEDA“, kaip ir anksčiau, naudodamas teigiamus rezultatus. Tiesiog pridėkite savo komponentus, įsitikinkite, kad jie turi tinkamo dydžio pėdsaką, ir sujunkite komponentus, kaip ir įprasta taikymo grandinė.

Kai tai bus baigta, spustelėkite mygtuką „Konvertuoti į PCB“ir būsite nukreipti į įrankio skyrių „PCB Layout“. Nesijaudinkite, jei nesate tikri dėl kažko, nes internete yra daug pamokų apie „EasyEDA“.

PCB išdėstymas yra labai svarbus ir gali skirtis tarp grandinės veikimo ar ne. Aš primygtinai patarčiau laikytis visų išdėstymo patarimų, pateiktų IC duomenų lape, jei yra. Jei kam nors įdomu, „Analog Devices“turi puikią pastabą apie PCB išdėstymą:

5 žingsnis: užsisakykite savo PCB

Esu tikras, kad dauguma jūsų šiuo metu matė reklaminius pranešimus „YouTube“vaizdo įrašuose, skirtuose „JLCPCB“ir „PCBway“, todėl nereikėtų stebėtis, kad ir aš pasinaudojau vienu iš šių reklaminių pasiūlymų. Aš užsisakiau savo PCB iš JLCPCB ir jie atvyko šiek tiek daugiau nei po 2 savaičių, todėl tik piniginiu požiūriu jie yra gana geri.

Kalbant apie PCB kokybę, neturiu jokių priekaištų, bet jūs galite būti teisėjas:)

6 žingsnis: Surinkimas ir bandymas

Visus komponentus rankiniu būdu lituodavau ant tuščios PCB, kuris buvo gana varginantis, net ir paliekant papildomą kambarį tarp komponentų, tačiau JLCPCB ir kiti PCB pardavėjai teikia surinkimo paslaugas, todėl šio žingsnio nebereikės.

Prijungęs maitinimą prie įvesties gnybtų ir matavęs išvestį, mane pasitiko 5,02 V, kaip matė DMM. Patikrinęs 5V išėjimą visame įtampos diapazone, prijungiau elektroninę apkrovą prie išėjimo, kuri buvo sureguliuota iki 1A srovės.

„Buck“prasidėjo tiesiai nuo šios 1A apkrovos srovės, o kai išmatavau išėjimo įtampą (prie plokštės), ji buvo 5,01 V, todėl apkrovos reguliavimas buvo labai geras. Aš nustatiau įėjimo įtampą iki 12 V, nes tai buvo vienas iš šios plokštės naudojimo atvejų, ir aš matavau įėjimo srovę kaip 0,476A. Tai suteikia maždaug 87,7% efektyvumą, tačiau idealiu atveju, norėdami efektyvumo matavimų, norėtumėte keturių DMM bandymų metodo.

Esant 1A apkrovos srovei, pastebėjau, kad efektyvumas buvo šiek tiek mažesnis nei tikėtasi, manau, kad tai yra dėl (I^2 * R) nuostolių induktoriuje ir pačiame IC. Norėdami tai patvirtinti, nustatiau apkrovos srovę į pusę ir pakartojau aukščiau pateiktą matavimą, kad gautumėte 94%efektyvumą. Tai reiškia, kad perpus sumažinant išėjimo srovę, energijos nuostoliai buvo sumažinti nuo ~ 615 mW iki ~ 300 mW. Kai kurie nuostoliai bus neišvengiami, pvz., Perjungimo nuostoliai IC viduje ir ramybės srovė, todėl aš vis dar labai džiaugiuosi šiuo rezultatu.

7 žingsnis: įtraukite savo pasirinktą PCB į kai kuriuos projektus

Dabar turite stabilų 5V 1A maitinimo šaltinį, kurį galima maitinti iš 2S iki 11S ličio baterijų paketo arba bet kurio kito šaltinio nuo 6V iki 50V, jums nereikia jaudintis, kaip maitinti savo elektronikos projektus. Nesvarbu, ar tai būtų mikrovaldiklis, ar visiškai analoginė grandinė, šis mažas pinigų keitiklis gali padaryti viską!

Tikiuosi, kad jums patiko ši kelionė ir jei nuėjote taip toli, labai ačiū, kad perskaitėte!