Արդյունավետության որոնման մեջ. 9 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

BUCK փոխարկիչ «DPAK» չափի վրա:

Սովորաբար, սկսնակ դիզայները `էլեկտրոնային կամ հոբբիստ, մեզ անհրաժեշտ է լարման կարգավորիչ տպագիր տպատախտակի վրա կամ տախտակ: Unfortunatelyավոք, պարզության պատճառով մենք օգտագործում ենք գծային լարման կարգավորիչ, բայց դրանք բոլորովին վատը չեն, քանի որ երբևէ կախված է ծրագրերից, կարևոր է:

Օրինակ ՝ ճշգրիտ անալոգային սարքերում (չափիչ սարքավորումների նման) ավելի լավ է օգտագործվում գծային լարման կարգավորիչը (աղմուկի խնդիրները նվազագույնի հասցնելու համար): Բայց էներգիայի էլեկտրոնային սարքերում, ինչպիսիք են լամպի LED- ը կամ գծային կարգավորիչների նախնական կարգավորիչը (արդյունավետությունը բարձրացնելու համար) ավելի լավ է օգտագործել DC/DC BUCK փոխարկիչի լարման կարգավորիչը որպես հիմնական մատակարար, քանի որ այդ սարքերը ավելի արդյունավետ են, քան գծային կարգավորիչը: բարձր ընթացիկ ելքերի դեպքում կամ ծանրաբեռնված:

Մեկ այլ տարբերակ, որն այնքան էլեգանտ չէ, այլ արագ է, օգտագործել DC / DC փոխարկիչներ նախապատրաստված մոդուլներում և դրանք պարզապես ավելացնել մեր տպագիր շղթայի վերևում, բայց դա տպատախտակը շատ ավելի մեծ է դարձնում:

Այն լուծումը, որը ես առաջարկում եմ հոբբիստին կամ էլեկտրոնիկայի սկսնակին, օգտագործում է DC/DC BUCK մոդուլ մոդուլ, որը մոդուլ է, որը մակերևույթի վրա տեղադրված է, բայց խնայում է տարածքը:

Պարագաներ

• 1 Buck անջատիչ փոխարկիչ 3A --- RT6214:
• 1 ինդուկտոր 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 կոնդենսատոր 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 կոնդենսատոր 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 կոնդենսատոր 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 դիմադրություն 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 դիմադրություն 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

Քայլ 1: Ընտրելով լավագույն հեծանվորդը:

Ընտրելով DC/DC BUCK փոխարկիչ:

DC/DC Buck փոխարկիչ նախագծելու առաջին քայլը մեր դիմումի համար լավագույն լուծումը գտնելն է: Ավելի արագ լուծումն այն է, որ անջատիչ կարգավորիչ օգտագործելու փոխարեն օգտագործեք անջատիչ կարգավորիչ:

Այս երկու տարբերակների միջև տարբերությունը ներկայացված է ստորև:

Անջատիչ կարգավորիչ:

1. Շատ անգամ դրանք միաձույլ են:
2. Արդյունավետությունն ավելի լավ է:
3. Նրանք չեն ապահովում շատ բարձր ելքային հոսանքներ:
4. Դրանք ավելի հեշտ են կայունանում (Պահանջում են միայն միացում RC):
5. Շղթայի դիզայնը պատրաստելու համար օգտագործողին անհրաժեշտ չեն շատ գիտելիքներ DC/DC փոխարկիչի մասին:
6. Նախապես կազմաձևված են աշխատելու համար միայն որոշակի տոպոլոգիայի մեջ:
7. Վերջնական գինը ավելի ցածր է:

Ստորև ցույց տվեք մի օրինակ, որը կրճատված է Փոխարկիչ կարգավորիչով [Այս պատկերի առաջին պատկերը]:

Անջատիչ վերահսկիչ:

1. Պահանջում են բազմաթիվ արտաքին բաղադրիչներ, ինչպիսիք են MOSFET- երը և դիոդները:
2. Դրանք ավելի բարդ են, և օգտվողին անհրաժեշտ է ավելի շատ գիտելիքներ DC/DC փոխարկիչի մասին `սխեմայի ձևավորում կատարելու համար:
3. Նրանք կարող են ավելի շատ տոպոլոգիաներ օգտագործել:
4. Աջակցեք շատ բարձր ելքային հոսանքի:
5. Վերջնական գինը ավելի բարձր է:

Ստորև ցուցադրեք անջատիչ վերահսկիչի տիպիկ կիրառման սխեման [Այս քայլի երկրորդ պատկերը]

• Հաշվի առնելով հետևյալ կետերը.

  1. Արժեք
  2. Տարածություն [Էլեկտրաէներգիայի թողարկումը կախված է դրանից]:
  3. Էլեկտրաէներգիայի թողարկում:
  4. Արդյունավետություն:
  5. Բարդություն:

Այս դեպքում ես օգտագործում եմ Richtek RT6214 [A- ն շարունակական ռեժիմի համար ավելի լավ է ծանր բեռի համար, և B տարբերակը, որ այն աշխատում է անխափան ռեժիմում, որն ավելի լավ է թեթև բեռի համար և բարձրացնում է արդյունավետությունը ցածր ելքային հոսանքներում], դա DC է: /DC Buck Converter մոնոլիտ [և, հետևաբար, մեզ պետք չեն որևէ արտաքին բաղադրիչներ, ինչպիսիք են Power MOSFET- երը և Schottky դիոդները, քանի որ փոխարկիչն ունի ինտեգրված MOSFET անջատիչներ և այլ MOSFET, որոնք աշխատում են, օրինակ ՝ դիոդ]:

Ավելի մանրամասն տեղեկություններ կարելի է գտնել հետևյալ հղումներից.

Քայլ 2. Ինդուկտորը ձեր լավագույն դաշնակիցն է DC/DC փոխարկիչում:

Հասկանալով ինդուկտորը [Տվյալների թերթիկի վերլուծություն]:

Հաշվի առնելով իմ շղթայի տարածությունը, ես օգտագործում եմ ECS-MPI4040R4-4R7-R- ը ՝ 4.7uH, անվանական հոսանքը ՝ 2.9A, և 3.9A և DC դիմադրության հագեցման հոսանք ՝ 67 մ ohms:

Անվանական հոսանք:

Անվանական հոսանքը ներկայիս արժեքն է, երբ ինդուկտորը չի կորցնում այնպիսի հատկություններ, ինչպիսիք են ինդուկտիվությունը և էականորեն չի բարձրացնում շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը:

Հագեցվածության հոսանք:

Ինդուկտորում հագեցվածության հոսանքը ներկայիս արժեքն է, երբ ինդուկտորը կորցնում է իր հատկությունները և չի աշխատում էներգիան մագնիսական դաշտում պահելու համար:

Չափը ընդդեմ դիմադրության:

Նրա սովորական վարքագիծը այն է, որ տարածությունն ու դիմադրությունը կախված են միմյանցից, եթե անհրաժեշտությունը խնայում է տարածությունը, մենք պետք է տարածք խնայի ՝ նվազեցնելով մագնիսալարի AWG արժեքը, և եթե ուզում եմ կորցնել դիմադրությունը, պետք է բարձրացնեմ AWG արժեքը մագնիսալարի մեջ:

Ինքնագնահատման հաճախականություն

Ինքնառեզոնանսային հաճախականությունը ձեռք է բերվում այն ժամանակ, երբ անջատման հաճախականությունը չեղյալ հայտարարեց ինդուկտիվությունը և միայն այժմ գոյություն ունի մակաբուծական հզորությունը: Շատ արտադրողներ խորհուրդ տվեցին պահպանել ինդուկտորի անջատման հաճախականությունը ինքնառեզոնանսային հաճախականությունից առնվազն մեկ տասնամյակ ցածր: Օրինակ

Ինքնագնահատման հաճախականություն = 10 ՄՀց:

f- անջատիչ = 1 ՄՀց:

Տասնամյակ = տեղեկամատյան [բազա 10] (Ինքնագնահատման հաճախականություն / զ - անջատում)

Տասնամյակ = տեղեկամատյան [բազա 10] (10 ՄՀց / 1 ՄՀց)

Տասնամյակ = 1

Եթե ցանկանում եք ավելին իմանալ ինդուկտորների մասին, խնդրում ենք ստուգել հետևյալ հղումները. Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

Քայլ 3. Ինդուկտորը սիրտն է:

Ընտրեք իդեալական ինդուկտոր

Ինդուկտորը DC / DC փոխարկիչների սիրտն է, ուստի չափազանց կարևոր է հաշվի առնել հետևյալ կետերը `լարման կարգավորիչի լավ կատարման հասնելու համար:

Կարգավորիչի լարման, անվանական հոսանքի, հագեցվածության և ալիքային հոսանքի ելքային հոսանքը:

Այս դեպքում արտադրողը տրամադրում է հավասարումներ `իդեալական ինդուկտորը հաշվարկելու ըստ ալիքի հոսանքի, լարման ելքի, լարման մուտքի, անջատման հաճախականության: Ստորև բերված է հավասարումը:

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f- անջատիչ x ալիքային հոսանք:

Ppածանք ընթացիկ = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-switching x L.

IL (գագաթնակետ) = Iout (առավելագույնը) + ալիքային հոսանք / 2:

Կիրառելով ալիքաձև հոսանքի հավասարումը իմ ինդուկտորի վրա [արժեքները նախորդ քայլին են], արդյունքները կցուցադրվեն ստորև:

Վին = 9 Վ

Vout = 5V

f- Անցում = 500kHz:

L = 4.7uH:

Iout = 1.5A

Իդեալական ալիքային հոսանք = 1.5A * 50%

Իդեալական ալիքային հոսանք = 0.750A

Riածանքային հոսանք = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

Riածանք ընթացիկ = 0.95A*

IL (գագաթնակետ) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (գագաթնակետ) = 1.975A **

*Խորհուրդ է տրվում օգտագործել ալիքային հոսանքը մոտ 20% - ելքային հոսանքի մոտ 50%: Բայց սա ընդհանուր կանոն չէ, քանի որ դա կախված է անջատիչ կարգավորիչի արձագանքման ժամանակից: Երբ մեզ անհրաժեշտ է արագ արձագանքման ժամանակ, մենք պետք է օգտագործենք ցածր ինդուկտիվություն, քանի որ ինդուկտորի լիցքավորման ժամանակը կարճ է, և երբ մեզ անհրաժեշտ է դանդաղ ժամանակի արձագանք, մենք պետք է օգտագործենք բարձր ինդուկտիվություն, քանի որ լիցքավորման ժամանակը երկար է, և դրանով իսկ մենք նվազեցնում ենք EMI- ն:

** Արտադրողի առաջարկածը չի գերազանցում հովտի առավելագույն հոսանքը, որն ապահովում է սարքի անվտանգ տիրույթը պահպանելու համար: Այս դեպքում հովտի առավելագույն հոսանքը 4.5 Ա է:

Այս արժեքներին կարելի է ծանոթանալ հետևյալ հղումով ՝ Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

Քայլ 4: Ապագան հիմա է:

Օգտագործեք REDEXPERT- ը ՝ ձեր բաք փոխարկիչի լավագույն ինդուկտորը ընտրելու համար:

REDEXPERT- ը հիանալի գործիք է, երբ դուք պետք է իմանաք, թե որն է ձեր ինդուկտորի, փոխարկիչի, տարանջատիչի և այլնի լավագույն ինդուկտորը: Այս գործիքի մեջ մենք կարող ենք գրաֆիկներում դիտել ջերմաստիճանի ավելացում հոսանքի և հոսանքի և ինդուկտիվության կորստի ինդուկտորում: Դրա համար անհրաժեշտ են միայն մուտքագրման պարզ պարամետրեր, ինչպես ցույց է տրված ստորև:

• Մուտքային լարումը
• ելքային լարումը
• ընթացիկ ելք
• անջատման հաճախականությունը
• ալիքային հոսանք

Հղումը հետևյալն է ՝ REDEXPERT Simulator

Քայլ 5. Մեր կարիքը կարևոր է

Ելքային արժեքների հաշվարկ:

Շատ պարզ է հաշվարկել ելքային լարումը, մենք պարզապես պետք է սահմանենք հետևյալ հավասարմամբ սահմանված լարման բաժանարար: Միայն մեզ պետք է R1 և սահմանում ենք լարման ելք:

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F]:

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]:

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

Belowույց է տրված RT6214AHGJ6F- ի օրինակով ստորև:

R2 = 10k

Vout = 5

Vref = 0.8:

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

R1 = 52.5k

Քայլ 6: Հիանալի գործիք մեծ էլեկտրոնիկայի դիզայների համար:

Օգտագործեք արտադրողի գործիքները:

Ես օգտագործեցի Richtek- ի տրամադրած մոդելավորման գործիքները: Այս միջավայրում դուք կարող եք դիտել DC/DC փոխարկիչի վարքագիծը կայուն վիճակի վերլուծության, անցողիկ վերլուծության, գործարկման վերլուծության մեջ:

Իսկ արդյունքները կարելի է խորհրդակցել պատկերների, փաստաթղթերի և տեսաիմուլյացիայի մեջ:

Քայլ 7: Երկուը մեկից լավն են:

PCB դիզայն Eagle- ում և Fusion 360 -ում

PCB- ի դիզայնը արված է Eagle 9.5.6 -ի վրա ՝ Fusion 360- ի հետ համատեղ: Ես համաժամեցնում եմ 3D ձևավորումը PCB- ի դիզայնի հետ `միացման դիզայնի իրական տեսք ստանալու համար:

Ստորև ներկայացված է կարևոր կետերից ներքև ՝ Eagle CAD- ում PCB ստեղծելու համար:

• Գրադարանի ստեղծում:
• Սխեմատիկ ձևավորում:
• PCB դիզայն կամ դասավորության դիզայն
• Ստեղծեք իրական 2D տեսք:
• Դիզայնի ձևավորման մեջ սարքին ավելացրեք 3D մոդել:
• Համաժամացրեք Eagle PCB- ը Fusion 360 -ի հետ:

Նշում. Բոլոր կարևոր կետերը պատկերված են այս քայլի սկզբում գտած պատկերներով:

Դուք կարող եք ներբեռնել այս սխեման GitLab պահոցից ՝

Քայլ 8: Մեկ խնդիր, մեկ լուծում

Երբևէ փորձե՞լ հաշվի առնել բոլոր փոփոխականները:

Ամենապարզը երբեք ավելի լավը չէ … Ես դա ինքս ինձ ասացի, երբ իմ նախագիծը ջեռուցվում էր մինչև 80ºC: Այո, եթե ձեզ անհրաժեշտ է համեմատաբար բարձր ելքային հոսանք, մի օգտագործեք գծային կարգավորիչներ, քանի որ դրանք շատ էներգիա են ցրում:

Իմ խնդիրը… ելքային հոսանքը: Լուծումը… օգտագործում է DC/DC փոխարկիչ ՝ DPAK փաթեթում գծային լարման կարգավորիչը փոխարինելու համար:

Քանի որ սա ես կոչեցի Buck DPAK նախագիծ

Քայլ 9: Եզրակացություն:

DC / DC փոխարկիչները շատ արդյունավետ համակարգեր են շատ բարձր հոսանքներում լարումը կարգավորելու համար, սակայն ցածր հոսանքների դեպքում դրանք ընդհանուր առմամբ ավելի քիչ արդյունավետ են, բայց ոչ պակաս արդյունավետ, քան գծային կարգավորիչը:

Մեր օրերում շատ հեշտ է կարողանալ նախագծել DC / DC փոխարկիչ այն բանի շնորհիվ, որ արտադրողները հեշտացրել են դրանց վերահսկման և օգտագործման եղանակը: