97% ეფექტური DC to DC Buck Converter [3A, რეგულირებადი]: 12 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

წვრილი DC to DC მამალი კონვერტორი დაფა სასარგებლოა მრავალი პროგრამისთვის, განსაკუთრებით იმ შემთხვევაში, თუ მას შეეძლო დენის მიწოდება 3A– მდე (2A განუწყვეტლივ გამაცხელებლის გარეშე). ამ სტატიაში ჩვენ ვისწავლით პატარა, ეფექტური და იაფი მამლის გადამყვანის სქემის შექმნას.

[1]: წრიული ანალიზი

სურათი 1 გვიჩვენებს მოწყობილობის სქემატურ დიაგრამას. მთავარი კომპონენტია MP2315 ნაბიჯ-ნაბიჯ გადამყვანი.

ნაბიჯი 1: მითითებები

სტატიის წყარო: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B… [1]:

[2]:

[3]:

ნაბიჯი 2: ფიგურა 1, DC to DC Buck Converter- ის სქემატური დიაგრამა

MP2315 [1] მონაცემთა ცხრილის მიხედვით: „MP2315 არის მაღალი სიხშირის სინქრონული გასწორებული შემდგომი გადამრთველი რეჟიმი, ჩაშენებული შიდა სიმძლავრის MOSFET– ით. ის გთავაზობთ ძალიან კომპაქტურ გადაწყვეტას 3A უწყვეტი გამომავალი დენის მისაღწევად შეყვანის მიწოდების ფართო დიაპაზონში, შესანიშნავი დატვირთვისა და ხაზის რეგულირებით. MP2315– ს აქვს სინქრონული რეჟიმი, რომელიც უზრუნველყოფს უფრო მაღალ ეფექტურობას გამომავალი მიმდინარე დატვირთვის დიაპაზონში. მიმდინარე რეჟიმი მოქმედებს სწრაფად გარდამავალ პასუხზე და ამსუბუქებს მარყუჟის სტაბილიზაციას. სრული დაცვის მახასიათებლები მოიცავს OCP და თერმული გამორთვას.” დაბალი RDS (ჩართულია) საშუალებას აძლევს ამ ჩიპს გაუმკლავდეს მაღალ დენებს.

C1 და C2 გამოიყენება შესასვლელი ძაბვის ხმაურის შესამცირებლად. R2, R4 და R5 ქმნიან უკუკავშირის გზას ჩიპზე. R2 არის 200K მრავალწლიანი პოტენომეტრი, რომელიც განსაზღვრავს გამომავალი ძაბვას. L1 და C4 არის უმნიშვნელოვანესი გადამყვანი ელემენტები. L2, C5 და C7 ქმნის დამატებით გამომავალ LC ფილტრს, რომელიც მე დავამატე ხმაურის შესამცირებლად და ტალღის შესაქმნელად. ამ ფილტრის გათიშვის სიხშირეა დაახლოებით 1 KHz. R6 ზღუდავს მიმდინარე ნაკადს EN pin– ზე. R1 მნიშვნელობა დადგენილია მონაცემთა ცხრილის მიხედვით. R3 და C3 დაკავშირებულია ჩატვირთვის სქემასთან და განისაზღვრება მონაცემთა ცხრილის მიხედვით.

დიაგრამა 2 გვიჩვენებს ეფექტურობას გამომავალი მიმდინარე ნაკვეთის წინააღმდეგ. თითქმის ყველა შემავალი ძაბვის ყველაზე მაღალი ეფექტურობა მიღწეულია დაახლოებით 1 ა.

ნაბიჯი 3: სურათი 2, ეფექტურობა Vs გამომავალი დენი

[2]: PCB განლაგება ფიგურა 3 გვიჩვენებს დაპროექტებული PCB განლაგებას. ეს არის პატარა (2.1 სმ*2.6 სმ) ორი ფენის დაფა.

მე გამოვიყენე SamacSys კომპონენტის ბიბლიოთეკები (სქემატური სიმბოლო და PCB კვალი) IC1– ისთვის [2], რადგან ეს ბიბლიოთეკები უფასოა და რაც მთავარია, ისინი იცავენ ინდუსტრიულ IPC სტანდარტებს. მე ვიყენებ Altium Designer CAD პროგრამულ უზრუნველყოფას, ამიტომ გამოვიყენე SamacSys Altium მოდული კომპონენტების ბიბლიოთეკების უშუალო ინსტალაციისთვის [3]. სურათი 4 გვიჩვენებს შერჩეულ კომპონენტებს. თქვენ ასევე შეგიძლიათ მოძებნოთ და დააინსტალიროთ/გამოიყენოთ ბიბლიოთეკები პასიურად.

ნაბიჯი 4: სურათი 3, DCB- ის DC Buck კონვერტორის PCB განლაგება

ნაბიჯი 5: სურათი 4, შერჩეული კომპონენტი (IC1) SamacSys Altium მოდულიდან

ეს არის PCB დაფის ბოლო გადასინჯვა. ფიგურა 5 და ფიგურა 6 გვიჩვენებს PCB დაფის 3D ხედებს, ზემოდან და ქვემოდან.

ნაბიჯი 6: ფიგურა 5 და 6, PCB დაფის 3D ხედები (TOP და Buttom)

[3]: კონსტრუქცია და ტესტი სურათი 7 გვიჩვენებს დაფის პირველ პროტოტიპს (პირველი ვერსია). PCB დაფა დამზადებულია PCBWay– ის მიერ, რომელიც არის მაღალი ხარისხის დაფა. შედუღებასთან არანაირი პრობლემა არ მქონია.

როგორც მე -8 ფიგურაში ნათელია, მე შევცვალე მიკროსქემის ზოგიერთი ნაწილი დაბალი ხმაურის მისაღწევად, ამიტომ მოწოდებული სქემატური და PCB არის უახლესი ვერსიები.

ნაბიჯი 7: ფიგურა 7, Buck Converter– ის პირველი პროტოტიპი (ძველი ვერსია)

კომპონენტების შედუღების შემდეგ, ჩვენ მზად ვართ შევამოწმოთ წრე. მონაცემთა ცხრილში ნათქვამია, რომ ჩვენ შეგვიძლია შევიტანოთ ძაბვა 4.5V– დან 24V– მდე. ძირითადი განსხვავებები პირველ პროტოტიპს (ჩემს გამოცდილ დაფას) და ბოლო PCB/სქემატურს შორის არის PCB დიზაინისა და კომპონენტის განთავსების/ღირებულებების ზოგიერთი მოდიფიკაცია. პირველი პროტოტიპისთვის გამომავალი კონდენსატორი არის მხოლოდ 22uF-35V. ასე რომ, მე შევცვალე ორი 47uF SMD კონდენსატორით (C5 და C7, 1210 პაკეტი). მე იგივე ცვლილებები შევიტანე შეყვანისას და შევცვალე შემავალი კონდენსატორი ორი 35V რეიტინგული კონდენსატორით. ასევე, შევცვალე გამომავალი სათაურის მდებარეობა.

ვინაიდან მაქსიმალური გამომავალი ძაბვა არის 21 ვ და კონდენსატორები შეფასებულია 25 ვ (კერამიკული), მაშინ არ უნდა არსებობდეს ძაბვის სიჩქარის პრობლემა, თუმცა, თუ თქვენ გაწუხებთ კონდენსატორების ძაბვა, უბრალოდ შეამცირეთ მათი ტევადობის მნიშვნელობები 22uF– მდე და გაზარდეთ რეიტინგული ძაბვები 35 ვ -მდე. თქვენ ყოველთვის შეგიძლიათ ამის ანაზღაურება თქვენი სამიზნე წრეზე/დატვირთვაზე დამატებითი გამომავალი კონდენსატორების დამატებით. თქვენ შეგიძლიათ დაამატოთ 470uF ან 1000uF კონდენსატორი "გარედან", რადგან დაფაზე არ არის საკმარისი ადგილი რომელიმე მათგანის დასაყენებლად. სინამდვილეში, მეტი კონდენსატორის დამატებით, ჩვენ ვამცირებთ საბოლოო ფილტრის გათიშვის სიხშირეს, ასე რომ ის უფრო მეტ ხმაურს ჩაახშობს.

უმჯობესია კონდენსატორების პარალელურად გამოყენება. მაგალითად, გამოიყენეთ ორი 470uF პარალელურად, ერთი 1000uF– ის ნაცვლად. ეს ხელს უწყობს მთლიანი ESR მნიშვნელობის შემცირებას (პარალელური რეზისტორების წესი).

ახლა მოდით განვიხილოთ გამომავალი ტალღა და ხმაური დაბალი ხმაურის წინა დონის ოსცილოსკოპის გამოყენებით, როგორიცაა Siglent SDS1104X-E. მას შეუძლია ძაბვის გაზომვა 500uV/div– მდე, რაც ძალიან კარგი თვისებაა.

მე გავაკარი კონვერტორის დაფა, გარე 470uF-35V კონდენსატორთან ერთად, წვრილმანი წვრილფეხა პროტოტიპის დაფაზე, ტალღისა და ხმაურის შესამოწმებლად (სურათი 8)

ნაბიჯი 8: სურათი 8, კონვერტორი დაფა წვრილ წვრილმანზე წვრილმანი პროტოტიპის დაფაზე (მათ შორის 470uF გამომავალი კონდენსატორი)

როდესაც შეყვანის ძაბვა მაღალია (24V) და გამომავალი ძაბვა დაბალია (მაგალითად 5V), მაქსიმალური ტალღა და ხმაური უნდა წარმოიშვას, რადგან შეყვანისა და გამომავალი ძაბვის სხვაობა მაღალია. მოდით, გავამყაროთ ოსცილოსკოპის ზონდი გრუნტის ზამბარით და შევამოწმოთ გამომავალი ხმაური (სურათი 9). აუცილებელია გრუნტის ზამბარის გამოყენება, რადგან ოსცილოსკოპის ზონდის მიწის მავთულს შეუძლია ბევრი საერთო ხმის შთანთქმა, განსაკუთრებით ასეთ გაზომვებში.

ნაბიჯი 9: სურათი 9, ზონდის მიწის მავთულის შეცვლა გრუნტის ზამბარით

სურათი 10 გვიჩვენებს გამომავალ ხმაურს, როდესაც შეყვანა არის 24V, ხოლო გამოსავალი 5V. უნდა აღინიშნოს, რომ კონვერტორის გამომავალი უფასოა და არ იყო დაკავშირებული რაიმე დატვირთვასთან.

ნაბიჯი 10: ფიგურა 10, DC to DC კონვერტორის გამომავალი ხმაური (შეყვანა = 24V, გამომავალი = 5V)

ახლა მოდით შევამოწმოთ გამომავალი ხმაური ყველაზე დაბალი შეყვანის/გამომავალი ძაბვის სხვაობის ქვეშ (0.8V). მე დავაყენე შეყვანის ძაბვა 12V- ზე და გამომავალი 11.2V (სურათი 11).

ნაბიჯი 11: სურათი 11, გამომავალი ხმაური ყველაზე დაბალი შეყვანის/გამომავალი ძაბვის სხვაობის ქვეშ (შეყვანა = 12V, გამომავალი = 11.2V)

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ გამომავალი დენის გაზრდით (დატვირთვის დამატებით), გამომავალი ხმაური/ტალღა იზრდება. ეს არის ნამდვილი ამბავი ყველა დენის წყაროსთვის ან გადამყვანისთვის.

[4] მასალების ბილი

სურათი 12 გვიჩვენებს პროექტის მასალებს.