DIY բարձր արդյունավետության 5V ելքային շերտի փոխարկիչ: 7 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Ես ուզում էի LiPo տուփերից (և այլ աղբյուրներից) ավելի բարձր լարման էլեկտրոնիկայի նախագծերի համար իջեցնել ավելի բարձր լարման: Նախկինում ես eBay- ից օգտագործել եմ ընդհանուր Buck մոդուլներ, բայց որակի կասկածելի վերահսկողությունը և ոչ մի անվանում էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ ինձ վստահություն չեն ներշնչում:

Այսպիսով, ես որոշեցի, որ ես ինքս կստեղծեմ փոխարկիչ ՝ ոչ միայն ինձ մարտահրավեր նետելու, այլև օգտակար բան պատրաստելու համար:

Այն, ինչ ես վերջացրեցի, սա դակիչ փոխարկիչ է, որն ունի մուտքի լարման շատ լայն տիրույթ (6 Վ մինչև 50 Վ մուտքագրում) և թողնում է 5 Վ մինչև 1 Ա բեռնման հոսանք ՝ բոլորը փոքր ձևի գործոնով: Իմ չափած գագաթնակետային արդյունավետությունը 94% էր, այնպես որ ոչ միայն այս միացումն է փոքր, այլև մնում է սառը:

Քայլ 1. Buck IC- ի ընտրություն

Մինչդեռ դուք, անշուշտ, կարող եք մի բաք փոխարկիչ պատրաստել մի բուռ op-amps և այլ օժանդակ բաղադրիչներով, դուք կունենաք ավելի լավ կատարում և, անշուշտ, կխնայեք շատ PCB տարածք, եթե փոխարենը ընտրեք հատուկ buck փոխարկիչ IC:

Դուք կարող եք օգտագործել որոնման և զտման գործառույթները այնպիսի կայքերում, ինչպիսիք են DigiKey- ը, Mouser- ը և Farnell- ը `ձեր կարիքներին համապատասխան IC գտնելու համար: Վերոնշյալ նկարում դուք կարող եք տեսնել սարսափելի 16, 453 մասեր ընդամենը մի քանի կտտոցով կրճատվում են մինչև 12 տարբերակի:

Ես MAX17502F- ի հետ գնացի մի փոքր 3 մմ x 2 մմ փաթեթով, բայց մի փոքր ավելի մեծ փաթեթը, հավանաբար, ավելի լավ կլիներ, եթե դուք պլանավորում եք բաղադրիչները ձեռքով զոդել: Այս IC- ն ունի բազմաթիվ հնարավորություններ, որոնցից ամենանշանակալին է մինչև 60V* մուտքի մեծ տիրույթը և ներքին հզորության FET- ները, ինչը նշանակում է, որ արտաքին MOSFET կամ դիոդ անհրաժեշտ չէ:

*Նկատի ունեցեք, որ ներածության մեջ ես նշեցի, որ դա 50 Վ մուտք է, սակայն մասը կարող է գործածել 60 Վ լա՞վ: Դա պայմանավորված է մուտքային կոնդենսատորների շնորհիվ, և եթե ձեզ անհրաժեշտ է 60 Վ լարման մուտքագրում, ապա միացումը կարող է փոփոխվել `համապատասխանաբար:

Քայլ 2: Ստուգեք ձեր ընտրած IC- ի տվյալների թերթիկը

Ավելի հաճախ, քան ոչ, տվյալների թերթիկում կցուցադրվի այն, ինչ կոչվում է «Տիպիկ կիրառման շրջան», որը շատ նման կլինի նրան, ինչին փորձում եք հասնել: Սա ճիշտ էր իմ դեպքում, և չնայած կարելի էր պարզապես պատճենել բաղադրիչի արժեքները և այն անվանել ավարտված, ես խորհուրդ կտայի հետևել նախագծման ընթացակարգին (եթե տրամադրված է):

Ահա MAX17502F- ի տվյալների թերթիկը ՝

Սկսած 12 -րդ էջից, կան մոտ մեկ տասնյակ շատ պարզ հավասարումներ, որոնք կարող են օգնել ձեզ ընտրել բաղադրիչի ավելի հարմար արժեքներ, և դա նաև օգնում է մանրամասներ հաղորդել որոշ շեմային արժեքների վերաբերյալ, ինչպիսիք են ինդուկտիվության նվազագույն արժեքը:

Քայլ 3: Ընտրեք բաղադրիչներ ձեր շղթայի համար

Սպասեք, ես մտածեցի, որ մենք արդեն արել ենք այս մասը: Դե, նախորդ մասը պետք է գտներ բաղադրիչի իդեալական արժեքները, բայց իրական աշխարհում մենք պետք է բավարարվենք ոչ իդեալական բաղադրիչներով և դրանից բխող նախազգուշացումներով:

Որպես օրինակ, մուտքային և ելքային կոնդենսատորների համար օգտագործվում են բազմաշերտ կերամիկական կոնդենսատորներ (MLCCs): MLCC- ները շատ առավելություններ ունեն էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորների նկատմամբ, հատկապես DC/DC փոխարկիչների դեպքում, բայց դրանք ենթակա են մի բանի, որը կոչվում է DC Bias:

Երբ DC լարումը կիրառվում է MLCC- ի վրա, հզորության գնահատականը կարող է իջնել մինչև 60%: Սա նշանակում է, որ ձեր 10 μF կոնդենսատորն այժմ ընդամենը 4 μF է որոշակի DC լարման դեպքում: Չե՞ք հավատում: Նայեք TDK- ի վեբ կայքին և ոլորեք ներքև ՝ այս 10μF կոնդենսատորի բնորոշ տվյալների համար:

Այս տեսակի հարցի հեշտ լուծումը պարզ է, պարզապես զուգահեռ օգտագործեք ավելի շատ MLCC: Սա նաև օգնում է նվազեցնել լարման ալիքը, քանի որ ESR- ն նվազում է, և դա շատ տարածված է առևտրային արտադրանքներում, որոնք պետք է համապատասխանի լարման կարգավորման խիստ բնութագրերին:

Վերոնշյալ պատկերներում կա MAX17502F գնահատման հավաքածուի սխեմատիկ և համապատասխան նյութերի հաշիվ (BOM), այնպես որ, եթե թվում է, թե բաղադրիչի լավ ընտրություն չեք գտնում, ապա գնացեք փորձված օրինակով:)

Քայլ 4. Սխեմատիկ և PCB դասավորության համալրում

Ձեր իսկական բաղադրիչներով ընտրված ժամանակն է ստեղծել մի սխեմատիկա, որը կգրավի այս բաղադրիչները, դրա համար ես ընտրեցի EasyEDA- ն, քանի որ այն նախկինում օգտագործել էի դրական արդյունքներով: Պարզապես ավելացրեք ձեր բաղադրիչները ՝ համոզվելով, որ դրանք ունեն ճիշտ չափի հետք և միացրեք բաղադրիչները միասին, ինչպես նախկինում կիրառական բնորոշ սխեման:

Երբ դա ավարտվի, կտտացրեք «Փոխարկեք PCB» կոճակին և ձեզ կբերեն գործիքի PCB դասավորության բաժին: Մի անհանգստացեք, եթե վստահ չեք որևէ բանի վրա, քանի որ EasyEDA- ի մասին առցանց շատ ձեռնարկներ կան:

PCB- ի դասավորությունը շատ կարևոր է, և այն կարող է տարբերություն ստեղծել միացված սխեմայի միջև: Ես խստորեն խորհուրդ կտամ, եթե առկա է, հետևել IC- ի տվյալների թերթիկի բոլոր դասավորության խորհուրդներին: Եթե որեւէ մեկը հետաքրքրված է, անալոգային սարքերն ունեն հիանալի կիրառական նշում PCB դասավորության թեմայի վերաբերյալ.

Քայլ 5. Պատվիրեք ձեր PCB- ները:

Համոզված եմ, որ ձեզանից շատերն այս պահին տեսել են JLCPCB- ի և PCBway- ի համար YouTube- ի տեսանյութերում առկա գովազդային հաղորդագրությունները, ուստի զարմանալի չպետք է լինի, որ ես նույնպես օգտագործեցի այս գովազդային առաջարկներից մեկը: Ես պատվիրեցի իմ PCB- ները JLCPCB- ից, և նրանք ժամանեցին ավելի քան 2 շաբաթ անց, ուստի միայն դրամական տեսանկյունից դրանք բավականին լավն են:

Ինչ վերաբերում է PCB- ների որակին, ես բացարձակ բողոք չունեմ, բայց դրա դատավորը դուք կարող եք լինել:)

Քայլ 6: Հավաքում և փորձարկում

Ես բոլոր բաղադրիչները ձեռքով զոդեցի դատարկ PCB- ի վրա, որը բավականին անհեթեթ էր նույնիսկ այն լրացուցիչ սենյակի հետ, որը ես թողել էի բաղադրիչների միջև, բայց կան JLCPCB- ի և PCB- ի այլ մատակարարների հավաքման ծառայություններ, որոնք կվերացնեին այս քայլի անհրաժեշտությունը:

Միացնելով ուժը մուտքային տերմինալներին և չափելով ելքը, ինձ դիմավորեց 5.02 Վ լարման միջոցով, ինչպես երևում էր DMM- ից: Երբ ես հաստատեցի 5 Վ ելքը լարման ամբողջ տիրույթում, ես միացրեցի էլեկտրոնային բեռը ելքի վրա, որը ճշգրտված էր 1 Ա հոսանքի գծի վրա:

Buck- ը սկսեց ուղիղ ՝ այս 1 Ա բեռնման հոսանքով, և երբ ես չափեցի ելքային լարումը (տախտակի վրա) այն 5.01V էր, ուստի բեռի կարգավորումը շատ լավ էր: Ես մուտքի լարումը սահմանեցի 12 Վ, քանի որ սա այն օգտագործման դեպքերից մեկն էր, որը ես մտքում ունեի այս տախտակի համար, և ես չափեցի մուտքային հոսանքը որպես 0.476A: Սա տալիս է մոտավորապես 87,7% արդյունավետություն, բայց իդեալական դեպքում դուք կցանկանայիք չորս DMM թեստավորման մոտեցում արդյունավետության չափումների համար:

1 Ա բեռնվածքի հոսանքի դեպքում ես նկատեցի, որ արդյունավետությունը սպասվածից մի փոքր ցածր էր, կարծում եմ, որ դա պայմանավորված է ինդուկտորում և բուն IC- ում (I^2 * R) կորուստներով: Սա հաստատելու համար ես բեռնվածքի հոսանքը կիսով չափ սահմանեցի և կրկնեցի վերը նշված չափումը `94%արդյունավետություն ստանալու համար: Սա նշանակում է, որ ելքային հոսանքը կիսով չափ կրճատելով ՝ էներգիայի կորուստները 615 մՎտ -ից իջեցվել են մինչև 300 մՎտ: Որոշ կորուստներ անխուսափելի կլինեն, ինչպիսիք են IC- ի ներսում կորուստները, ինչպես նաև հանդարտ հոսանքը, այնպես որ ես դեռ շատ գոհ եմ այս արդյունքից:

Քայլ 7: Ներառեք ձեր անհատականացված PCB- ն որոշ նախագծերի մեջ:

Այժմ դուք ունեք կայուն 5V 1A մատակարարում, որը կարող է սնուցվել 2S- ից մինչև 11S լիթիումի մարտկոցից կամ 6V- ից մինչև 50V- ի որևէ այլ աղբյուր, կարիք չկա անհանգստանալու, թե ինչպես սնուցել ձեր սեփական էլեկտրոնիկայի նախագծերը: Լինի դա միկրոկոնտրոլերի վրա հիմնված կամ զուտ անալոգային սխեմաներ, այս փոքրիկ բաք փոխարկիչը կարող է անել ամեն ինչ:

Հուսով եմ, որ ձեզ դուր եկավ այս ճանապարհորդությունը, և եթե դեռ հասցրել եք այն, ապա շատ շնորհակալ եմ կարդալու համար: