ეფექტურობის ძიებაში .: 9 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

BUCK კონვერტორი "DPAK" ზომაზე

ჩვეულებრივ, დამწყები დიზაინერი ელექტრონული ან მოყვარული გვჭირდება ძაბვის რეგულატორი მიკროსქემის დაფაზე დაბეჭდილი ან პურის დაფაზე. სამწუხაროდ სიმარტივის გამო, ჩვენ ვიყენებთ ხაზოვანი ძაბვის მარეგულირებელს, მაგრამ ეს არ არის მთლად ცუდი, რადგან პროგრამებზე დამოკიდებულება ყოველთვის მნიშვნელოვანია.

მაგალითად, ზუსტ ანალოგიურ მოწყობილობებში (საზომი მოწყობილობების მსგავსად) უკეთესად გამოიყენება ძაბვის ხაზოვანი მარეგულირებელი (ხმაურის პრობლემების შესამცირებლად). მაგრამ ელექტროენერგიის მოწყობილობებში, როგორიცაა ნათურა LED, ან წინასწარი მარეგულირებელი წრფივი მარეგულირებლის ეტაპზე (ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად) უმჯობესია გამოიყენოთ DC/DC BUCK გადამყვანი ძაბვის მარეგულირებელი, როგორც მთავარი წყარო, რადგან ეს მოწყობილობები უფრო ეფექტურია, ვიდრე ხაზოვანი მარეგულირებელი მაღალი მიმდინარე გამომავალი ან მძიმე დატვირთვა.

კიდევ ერთი ვარიანტი, რომელიც არც ისე ელეგანტურია, მაგრამ სწრაფია, არის DC / DC გადამყვანების გამოყენება ასაწყობ მოდულებში და უბრალოდ დავამატოთ ისინი ჩვენი ნაბეჭდი მიკროსქემის თავზე, მაგრამ ეს ამცირებს მიკროსქემის დაფას ბევრად უფრო დიდს.

გამოსავალი, რომელსაც მე ვთავაზობ მოყვარულებს ან ელექტრონიკის დამწყებებს, იყენებს მოდულს DC/DC BUCK კონვერტორს, რომელიც არის მოდული, რომელიც ზედაპირზეა დამონტაჟებული, მაგრამ ზოგავს ადგილს.

მარაგები

• 1 მამალი გადართვის გადამყვანი 3A --- RT6214.
• 1 ინდუქტორი 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 კონდენსატორი 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 კონდენსატორი 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 კონდენსატორი 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 რეზისტორი 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 რეზისტორი 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

ნაბიჯი 1: შეარჩიეთ საუკეთესო მხედარი

შერჩევა DC/DC BUCK კონვერტორი

პირველი ნაბიჯი DC/DC Buck გადამყვანის შესაქმნელად არის საუკეთესო გადაწყვეტილების პოვნა ჩვენი პროგრამისთვის. გამოსავალი უფრო სწრაფად არის გადართვის რეგულატორის გამოყენება გადართვის კონტროლერის გამოყენების ნაცვლად.

ამ ორ ვარიანტს შორის განსხვავება ნაჩვენებია ქვემოთ.

მარეგულირებელი გადართვა

1. ბევრჯერ ისინი მონოლითურია.
2. ეფექტურობა უკეთესია.
3. ისინი არ უჭერენ მხარს ძალიან მაღალ გამომავალ დენებს.
4. მათი სტაბილიზაცია უფრო ადვილია (საჭიროა მხოლოდ წრიული RC).
5. წრიული დიზაინის შესაქმნელად მომხმარებელს არ სჭირდება ბევრი ცოდნა DC/DC გადამყვანის შესახებ.
6. წინასწარ არის კონფიგურირებული, რომ იმუშაოს მხოლოდ კონკრეტულ ტოპოლოგიაში.
7. საბოლოო ფასი უფრო დაბალია.

ქვემოთ აჩვენეთ გადართვის მარეგულირებლის მიერ შემცირებული მაგალითი [პირველი სურათი ამ საფეხურზე].

კონტროლერის გადართვა

1. მოითხოვეთ ბევრი გარე კომპონენტი, როგორიცაა MOSFET და დიოდები.
2. ისინი უფრო კომპლექსურია და მომხმარებელს სჭირდება მეტი ცოდნა DC/DC გადამყვანის შესახებ, რათა შექმნას სქემის დიზაინი.
3. მათ შეუძლიათ გამოიყენონ მეტი ტოპოლოგია.
4. მხარდაჭერა ძალიან მაღალი გამომავალი მიმდინარე.
5. საბოლოო ფასი უფრო მაღალია.

ქვემოთ აჩვენეთ გადართვის კონტროლერის ტიპიური გამოყენების სქემა [მეორე სურათი ამ საფეხურზე]

• შემდეგი პუნქტების გათვალისწინებით.

  1. ღირებულება
  2. სივრცე [ენერგიის გამომუშავება დამოკიდებულია ამაზე].
  3. Ძალის გამოსავალი.
  4. ეფექტურობა.
  5. სირთულე.

ამ შემთხვევაში, მე ვიყენებ Richtek RT6214 [A უწყვეტი რეჟიმი უკეთესია მძიმე დატვირთვისთვის, და ვარიანტი B, რომელიც მუშაობს წყვეტილ რეჟიმში, რაც უკეთესია მსუბუქი დატვირთვისთვის და ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად დაბალ გამომავალ დენებზე], ეს არის DC /DC Buck Converter მონოლითური [და ამრიგად ჩვენ არ გვჭირდება რაიმე გარე კომპონენტი, როგორიცაა Power MOSFET და დიოდები Schottky, რადგან კონვერტორს აქვს ინტეგრირებული MOSFET კონცენტრატორები და სხვა MOSFET, რომელიც მუშაობს დიოდის მსგავსად].

უფრო დეტალური ინფორმაცია შეგიძლიათ იხილოთ შემდეგ ბმულებზე: Buck_converter_guide, Buck Converter Topologies, Buck Converter შერჩევის კრიტერიუმები

ნაბიჯი 2: ინდუქტორი არის თქვენი საუკეთესო მოკავშირე DC/DC კონვერტორში

ინდუქტორის გაგება [მონაცემთა ცხრილის ანალიზი]

ჩემს წრეზე არსებული სივრცის გათვალისწინებით, მე ვიყენებ ECS-MPI4040R4-4R7-R- ს, რომელსაც აქვს 4.7uH, ნომინალური დენი 2.9A და გაჯერების დენი 3.9A და DC წინააღმდეგობა 67m ohms.

ნომინალური მიმდინარეობა

ნომინალური დენი არის მიმდინარე მნიშვნელობა, როდესაც ინდუქტორი არ კარგავს თვისებებს, როგორიცაა ინდუქტიურობა და არ ზრდის გარემოს ტემპერატურას.

გაჯერების დენი

ინდუქტორში გაჯერების დენი არის მიმდინარე მნიშვნელობა, სადაც ინდუქტორი კარგავს თავის თვისებებს და არ მუშაობს ენერგიის შესანახად მაგნიტურ ველში.

ზომა წინააღმდეგობის წინააღმდეგ

მისი ნორმალური ქცევა იმის შესახებ, რომ სივრცე და წინააღმდეგობა ერთმანეთზეა დამოკიდებული, რადგან თუ საჭიროა სივრცის დაზოგვა, ჩვენ უნდა დავიზოგოთ სივრცე მაგნიტის მავთულში AWG მნიშვნელობის შემცირებით და თუ მე მინდა წინააღმდეგობის დაკარგვა, უნდა გავზარდო AWG მნიშვნელობა მაგნიტის მავთულში.

თვითრეზონანსული სიხშირე

თვითრეზონანსული სიხშირე მიიღწევა მაშინ, როდესაც გადართვის სიხშირემ გააუქმა ინდუქტიურობა და მხოლოდ ახლა არსებობს პარაზიტული ტევადობა. ბევრმა მწარმოებელმა გვირჩია ინდუქტორის გადართვის სიხშირის შენარჩუნება თვითრეზონანსული სიხშირის მინიმუმ ათწლეულის განმავლობაში. Მაგალითად

თვითრეზონანსული სიხშირე = 10 MHz.

f- გადართვა = 1 MHz.

ათწლეული = ჟურნალი [ბაზა 10] (თვითრეზონანსული სიხშირე / f - გადართვა)

ათწლეული = ჟურნალი [ბაზა 10] (10 მჰც / 1 მჰც)

ათწლეული = 1

თუ გსურთ ინდუქტორების მეტი იცოდეთ, გთხოვთ გადაამოწმოთ შემდეგი ბმულები: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

ნაბიჯი 3: ინდუქტორი არის გული

შერჩევა იდეალური ინდუქტორი

ინდუქტორი არის DC / DC კონვერტორების გული, ამიტომ ძალზე მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ შემდეგი პუნქტები ძაბვის მარეგულირებლის კარგი მუშაობის მისაღწევად.

მარეგულირებელი ძაბვის გამომავალი დენი, ნომინალური დენი, გაჯერების დენი და ტალღოვანი დენი

ამ შემთხვევაში, მწარმოებელი იძლევა განტოლებებს იდეალური ინდუქტორის გამოსათვლელად ტალღის დენის, ძაბვის გამომუშავების, ძაბვის შეყვანის, გადართვის სიხშირის მიხედვით. განტოლება ნაჩვენებია ქვემოთ.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f- გადართვა x ტალღოვანი დენი.

ტალღოვანი მიმდინარეობა = Vout (Vin-Vout) / Vin x f- გადართვა x L.

IL (პიკი) = Iout (მაქსიმუმი) + ტალღოვანი დენი / 2.

ჩემს ინდუქტორზე ტალღოვანი დენის განტოლების გამოყენებით [ღირებულებები წინა საფეხურშია] შედეგები ნაჩვენებია ქვემოთ.

Vin = 9V

Vout = 5V

f- გადართვა = 500kHz.

L = 4.7uH.

Iout = 1.5A

იდეალური ტალღოვანი დენი = 1.5A * 50%

იდეალური ტალღური დენი = 0.750A

ტალღოვანი დენი = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

ტალღოვანი დენი = 0.95A*

IL (პიკი) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (პიკი) = 1.975A **

*მიზანშეწონილია გამოიყენოთ ტალღოვანი დენი გამომავალი დენის 20% –მდე. მაგრამ ეს არ არის ზოგადი წესი, რადგან ეს დამოკიდებულია გადართვის მარეგულირებლის რეაგირების დროზე. როდესაც ჩვენ გვჭირდება სწრაფი დროის რეაგირება, ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ დაბალი ინდუქტიურობა, რადგან ინდუქტორზე დატენვის დრო არის მოკლე და როდესაც ჩვენ გვჭირდება ნელი დროის რეაქცია, ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ მაღალი ინდუქციურობა, რადგან დატენვის დრო გრძელია და ამასთან ერთად, ჩვენ ვამცირებთ EMI- ს.

** მწარმოებლის მიერ რეკომენდებული არ აღემატება ხეობის მაქსიმალურ დენს, რომელიც მხარს უჭერს მოწყობილობას უსაფრთხო დიაპაზონის შესანარჩუნებლად. ამ შემთხვევაში, ხეობის მაქსიმალური დენი არის 4.5A.

ამ ღირებულებების გაცნობა შესაძლებელია შემდეგ ბმულზე: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

ნაბიჯი 4: მომავალი არის ახლა

გამოიყენეთ REDEXPERT თქვენი მამრობითი კონვერტორის საუკეთესო ინდუქტორის შესარჩევად

REDEXPERT არის დიდი ინსტრუმენტი, როდესაც თქვენ უნდა იცოდეთ რა არის საუკეთესო ინდუქტორი თქვენი მამრობითი გადამყვანისთვის, გამაძლიერებელი კონვერტორი, სეპიკური გადამყვანი და ა.შ. ამ ინსტრუმენტში, ჩვენ შეგვიძლია ვიხილოთ გრაფიკებში ტემპერატურის მატება დენის წინააღმდეგ და ინდუქციურობის დაკარგვა ინდუქტორში. მას მხოლოდ მარტივი შეყვანის პარამეტრები სჭირდება, როგორიცაა ქვემოთ ნაჩვენები.

• Შემომავალი ძაბვა
• გამომავალი ძაბვა
• მიმდინარე გამომუშავება
• გადართვის სიხშირე
• ტალღოვანი დენი

ბმული არის შემდეგი: REDEXPERT სიმულატორი

ნაბიჯი 5: ჩვენი მოთხოვნილება მნიშვნელოვანია

გამოთვლა გამომავალი ღირებულებები

ძალიან მარტივია გამომავალი ძაბვის გამოთვლა, ჩვენ უბრალოდ უნდა განვსაზღვროთ ძაბვის გამყოფი განსაზღვრული შემდეგი განტოლებით. მხოლოდ ჩვენ გვჭირდება R1 და განსაზღვრავს ძაბვის გამომუშავებას.

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

ქვემოთ ნაჩვენებია მაგალითი RT6214AHGJ6F გამოყენებით.

R2 = 10k

Vout = 5.

Vref = 0.8.

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

R1 = 52.5 კ

ნაბიჯი 6: დიდი ინსტრუმენტი დიდი ელექტრონიკის დიზაინერისთვის

გამოიყენეთ მწარმოებლის ინსტრუმენტები

გამოვიყენე რიხტეკის მიერ მოწოდებული სიმულაციური ინსტრუმენტები. ამ გარემოში თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ DC/DC გადამყვანის ქცევა სტაბილური მდგომარეობის ანალიზში, გარდამავალი ანალიზი, გაშვების ანალიზი.

და შედეგების გაცნობა შესაძლებელია სურათებში, დოკუმენტებსა და ვიდეო სიმულაციებში.

ნაბიჯი 7: ორი ერთზე უკეთესია

PCB დიზაინი Eagle და Fusion 360 -ში

PCB დიზაინი დამზადებულია Eagle 9.5.6– ზე Fusion 360– თან თანამშრომლობით. მე სინქრონიზებ 3D დიზაინს PCB– ს დიზაინთან, რათა მივიღოთ რეალური ხედი სქემის დიზაინზე.

ქვემოთ ნაჩვენებია მნიშვნელოვანი პუნქტები, რათა შექმნათ PCB Eagle CAD– ში.

• ბიბლიოთეკის შექმნა.
• სქემატური დიზაინი.
• PCB დიზაინი ან განლაგების დიზაინი
• შექმენით რეალური 2D ხედი.
• დაამატეთ 3D მოდელი მოწყობილობას განლაგების დიზაინში.
• სინქრონიზაცია Eagle PCB Fusion 360- თან.

შენიშვნა: ყველა მნიშვნელოვანი წერტილი ილუსტრირებულია სურათებით, რომლებიც ამ ნაბიჯის დასაწყისში იპოვით.

თქვენ შეგიძლიათ ჩამოტვირთოთ ეს წრე GitLab საცავში:

ნაბიჯი 8: ერთი პრობლემა, ერთი გამოსავალი

ოდესმე ეცადეთ გაითვალისწინოთ ყველა ცვლადი

უმარტივესი არ არის უკეთესი… მე ეს ვუთხარი საკუთარ თავს, როდესაც ჩემი პროექტი გათბობს 80ºC– მდე. დიახ, თუ თქვენ გჭირდებათ შედარებით მაღალი გამომავალი დენი, არ გამოიყენოთ ხაზოვანი რეგულატორები, რადგან ისინი ხარჯავენ დიდ ენერგიას.

ჩემი პრობლემა … გამომავალი დენი. გამოსავალი… იყენებს DC/DC გადამყვანს DPAK პაკეტში ხაზოვანი ძაბვის რეგულატორის შესაცვლელად.

იმიტომ, რომ ეს მე ვუწოდე Buck DPAK პროექტს

ნაბიჯი 9: დასკვნა

DC / DC გადამყვანები ძალიან ეფექტური სისტემებია ძაბვის მარეგულირებლად ძალიან მაღალ დენებზე, თუმცა დაბალ დენებზე ისინი ზოგადად ნაკლებად ეფექტურია, მაგრამ არანაკლებ ეფექტურია ვიდრე წრფივი მარეგულირებელი.

დღესდღეობით ძალიან ადვილია DC / DC გადამყვანის შემუშავება იმის წყალობით, რომ მწარმოებლებმა ხელი შეუწყეს მათ კონტროლსა და გამოყენებას.