DIY augstas efektivitātes 5V izejas buka pārveidotājs!: 7 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Es gribēju efektīvu veidu, kā pazemināt augstāku spriegumu no LiPo pakotnēm (un citiem avotiem) līdz 5 V elektronikas projektiem. Agrāk es esmu izmantojis eBay vispārējus moduļus, taču apšaubāmā kvalitātes kontrole un bez nosaukuma elektrolītiskie kondensatori mani neapmierināja.

Tātad, es nolēmu izveidot savu atkāpšanās pārveidotāju, lai ne tikai izaicinātu sevi, bet arī radītu kaut ko noderīgu!

Tas, ar ko es nonācu, ir buks pārveidotājs, kuram ir ļoti plašs ieejas sprieguma diapazons (ieeja no 6 V līdz 50 V) un izejas 5 V pie slodzes strāvas līdz 1 A. Tas viss ir nelielā formā. Maksimālā efektivitāte, ko es izmērīju, bija 94%, tāpēc šī ķēde ir ne tikai maza, bet arī vēsa.

1. darbība: Buck IC izvēle

Lai gan jūs noteikti varat izgatavot naudas pārveidotāju ar nedaudzām pastiprinātājām un citiem atbalsta komponentiem, jūs iegūsit labāku veiktspēju un noteikti ietaupīsit daudz PCB apgabala, ja tā vietā izvēlēsities īpašu bika pārveidotāja IC.

Jūs varat izmantot meklēšanas un filtrēšanas funkcijas tādās vietnēs kā DigiKey, Mouser un Farnell, lai atrastu savām vajadzībām piemērotu IC. Iepriekš redzamajā attēlā jūs varat redzēt biedējošas 16, 453 daļas ar dažiem klikšķiem tiek samazinātas līdz 12 iespējām!

Es devos ar MAX17502F nelielā 3 mm x 2 mm iepakojumā, bet nedaudz lielāks iepakojums, iespējams, būtu labāks, ja plānojat komponentu lodēšanu ar rokām. Šim IC ir daudz funkciju, no kurām ievērojamākā ir lielais ievades diapazons līdz 60 V* un iekšējās jaudas FET, kas nozīmē, ka nav nepieciešami ārēji MOSFET vai diodes.

*Ņemiet vērā, ka ievadā es norādīju, ka tā ir 50V ieeja, bet daļa var apstrādāt 60V? Tas ir saistīts ar ieejas kondensatoriem, un, ja jums nepieciešama 60 V ieeja, ķēdi var mainīt atbilstoši.

2. darbība. Pārbaudiet izvēlētā IC datu lapu

Biežāk nekā nē, datu lapā tiks parādīta tā saucamā "tipiskā lietojumprogrammu ķēde", kas būs ļoti līdzīga tam, ko jūs mēģināt sasniegt. Tas attiecas uz manu gadījumu, un, lai gan varētu vienkārši nokopēt komponenta vērtības un saukt to par pabeigtu, es ieteiktu ievērot projektēšanas procedūru (ja tāda ir).

Šeit ir MAX17502F datu lapa:

Sākot no 12. lappuses, ir aptuveni ducis ļoti vienkāršu vienādojumu, kas var palīdzēt izvēlēties piemērotākas komponentu vērtības, kā arī sniedz informāciju par dažām sliekšņa vērtībām, piemēram, minimālo induktivitātes vērtību.

3. darbība. Izvēlieties shēmas komponentus

Pagaidiet, es domāju, ka mēs jau esam paveikuši šo daļu? Nu, iepriekšējā daļā bija jāatrod ideālās komponentu vērtības, bet reālajā pasaulē mums ir jāsamierinās ar neideāliem komponentiem un ar tiem saistītajiem brīdinājumiem.

Piemēram, ieejas un izejas kondensatoriem tiek izmantoti daudzslāņu keramikas kondensatori (MLCC). MLCC ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar elektrolītiskajiem kondensatoriem, īpaši DC/DC pārveidotājos, taču tie ir pakļauti kaut kam, ko sauc par DC slīpumu.

Ja MLCC tiek pielietots līdzstrāvas spriegums, kapacitātes reitings var samazināties līdz pat 60%! Tas nozīmē, ka jūsu 10 µF kondensators tagad ir tikai 4 µF pie noteikta līdzstrāvas sprieguma. Netici man? Apskatiet TDK vietni un ritiniet uz leju, lai iegūtu raksturīgos datus par šo 10µF kondensatoru.

Šāda veida problēmu vienkāršs risinājums ir vienkāršs, vienkārši paralēli izmantojiet vairāk MLCC. Tas arī palīdz samazināt sprieguma svārstības, jo ESR ir samazināts, un tas ir ļoti bieži sastopams komerciālos produktos, kuriem jāatbilst stingrām sprieguma regulēšanas specifikācijām.

Iepriekš redzamajos attēlos ir shematisks un atbilstošs materiālu saraksts (BOM) no MAX17502F novērtēšanas komplekta, tādēļ, ja nevarat atrast labu komponentu izvēli, izmantojiet pārbaudīto piemēru:)

4. darbība: shematiskā un PCB izkārtojuma aizpildīšana

Kad esat izvēlējies faktiskās sastāvdaļas, ir pienācis laiks izveidot shematisku shēmu, kurā attēloti šie komponenti, tāpēc es izvēlējos EasyEDA, jo esmu to iepriekš izmantojis ar pozitīviem rezultātiem. Vienkārši pievienojiet komponentus, pārliecinoties, ka tiem ir pareiza izmēra nospiedumi, un savienojiet komponentus kopā tāpat kā iepriekšējā tipiskajā pielietojuma shēmā.

Kad tas ir pabeigts, noklikšķiniet uz pogas "Konvertēt uz PCB", un jūs tiksit novirzīts uz rīka sadaļu PCB izkārtojums. Neuztraucieties, ja neesat pārliecināts par kaut ko, jo tiešsaistē ir daudz pamācību par EasyEDA.

PCB izkārtojums ir ļoti svarīgs, un tas var mainīt atšķirību starp ķēdes darbību vai nē. Es ļoti ieteiktu ievērot visus izkārtojuma ieteikumus IC datu lapā, ja tie ir pieejami. Analog Devices ir lieliska piezīme par PCB izkārtojuma tēmu, ja kādu interesē:

5. darbība: pasūtiet PCB

Esmu pārliecināts, ka lielākā daļa no jums šobrīd ir redzējuši JLCPCB un PCBway reklāmas videoklipus YouTube videoklipos, tāpēc nevajadzētu pārsteigt, ka arī es izmantoju vienu no šiem reklāmas piedāvājumiem. Es pasūtīju savus PCB no JLCPCB, un tie ieradās nedaudz vairāk kā 2 nedēļas vēlāk, tāpēc tikai no naudas viedokļa tie ir diezgan labi.

Kas attiecas uz PCB kvalitāti, man nav nekādu pretenziju, bet jūs varat par to spriest:)

6. darbība: montāža un pārbaude

Es ar rokām lodēju visus komponentus uz tukšās PCB, kas bija diezgan neveikli pat ar papildu telpu, ko atstāju starp komponentiem, bet JLCPCB un citi PCB pārdevēji sniedz montāžas pakalpojumus, kas novērstu nepieciešamību veikt šo darbību.

Pieslēdzot strāvu ieejas spailēm un izmērot izeju, mani sagaidīja 5.02V, kā to redzēja DMM. Kad es pārbaudīju 5 V izeju visā sprieguma diapazonā, es pievienoju elektronisku slodzi izejai, kas tika noregulēta līdz 1A strāvas patēriņam.

Buks sākās tieši ar šo 1A slodzes strāvu, un, kad es izmērīju izejas spriegumu (pie tāfeles), tas bija pie 5,01 V, tāpēc slodzes regulēšana bija ļoti laba. Es iestatīju ieejas spriegumu uz 12 V, jo tas bija viens no lietošanas gadījumiem, kas man bija prātā šai plāksnei, un es izmērīju ieejas strāvu kā 0,476A. Tas dod aptuveni 87,7% efektivitāti, bet ideālā gadījumā efektivitātes mērījumiem vēlaties četru DMM testēšanas pieeju.

Pie 1A slodzes strāvas es pamanīju, ka efektivitāte ir nedaudz zemāka, nekā gaidīts, es uzskatu, ka tas ir saistīts ar (I^2 * R) zudumiem induktorā un pašā IC. Lai to apstiprinātu, es iestatīju slodzes strāvu uz pusi un atkārtoju iepriekš minēto mērījumu, lai iegūtu 94%efektivitāti. Tas nozīmē, ka uz pusi samazinot izejas strāvu, jaudas zudumi tika samazināti no ~ 615mW līdz ~ 300mW. Daži zaudējumi būs neizbēgami, piemēram, pārslēgšanās zudumi iekšpusē IC, kā arī mierīga strāva, tāpēc es joprojām esmu ļoti apmierināts ar šo rezultātu.

7. solis: iekļaujiet savu pielāgoto PCB dažos projektos

Tagad jums ir stabila 5V 1A barošana, ko var darbināt no 2S līdz 11S litija akumulatora bloka vai jebkura cita avota starp 6V un 50V, nav jāuztraucas par to, kā darbināt savus elektronikas projektus. Neatkarīgi no tā, vai tā ir uz mikrokontrolleru balstīta vai tīri analoga shēma, šis mazais buks pārveidotājs var visu izdarīt!

Es ceru, ka jums patika šis ceļojums, un, ja esat sasniedzis tik tālu, liels paldies, ka lasījāt!