DIY konvertor izlazne snage visokog učinka od 5 V !: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Htio sam učinkovit način snižavanja većih napona s LiPo paketa (i drugih izvora) na 5V za elektroničke projekte. U prošlosti sam koristio generičke buck module sa eBay -a, ali sumnjiva kontrola kvalitete i bezimeni elektrolitski kondenzatori nisu me ispunili povjerenjem.

Stoga sam odlučio da ću napraviti vlastiti pretvarač za smanjenje rada ne samo da izazovem sebe već i da napravim nešto korisno!

Ono što sam završio je pretvarač dolara koji ima vrlo širok raspon ulaznog napona (ulaz 6V do 50V) i izlazi 5V pri struji opterećenja do 1A, sve u malom faktoru. Vršna efikasnost koju sam izmjerio bila je 94% pa ne samo da je ovaj krug mali, već i ostaje hladan.

Korak 1: Odabir Buck IC -a

Iako zasigurno možete napraviti pretvarač u dolarima s pregršt op-pojačala i drugih pratećih komponenti, dobit ćete bolje performanse i zasigurno ćete uštedjeti mnogo područja PCB-a ako umjesto toga odaberete namjenski integrirani pretvarač dolara.

Možete koristiti funkcije pretraživanja i filtriranja na web lokacijama kao što su DigiKey, Mouser i Farnell kako biste pronašli odgovarajući IC za svoje potrebe. Na gornjoj slici možete vidjeti zastrašujućih 16, 453 dijelova koji se sužavaju na 12 opcija u samo nekoliko klikova!

Išao sam s MAX17502F u malom pakovanju od 3 mm x 2 mm, ali malo veće pakiranje bi vjerojatno bilo bolje ako planirate ručno lemljenje komponenti. Ovaj IC ima mnogo funkcija, od kojih su najznačajnije veliki ulazni raspon do 60V* i unutarnji FET -ovi za napajanje koji znače da nisu potrebni vanjski MOSFET ili diode.

*Imajte na umu da sam u uvodu naveo da je ulaz 50V, ali dio može podnijeti 60V? To je zbog ulaznih kondenzatora, a ako vam je potreban ulaz od 60 V, krug se može prilagoditi tako da odgovara.

Korak 2: Provjerite tehnički list vašeg odabranog IC -a

Češće će se pojavljivati ono što se naziva "tipično aplikacijsko kolo" prikazano u tehničkom listu, što će biti vrlo slično onome što pokušavate postići. To je bilo tačno za moj slučaj i iako bi se moglo jednostavno kopirati vrijednosti komponente i nazvati to učinjenim, preporučio bih da slijedite proceduru dizajna (ako je navedena).

Evo podatkovnog lista MAX17502F:

Počevši od stranice 12, postoji desetak vrlo jednostavnih jednadžbi koje vam mogu pomoći da odaberete prikladnije vrijednosti komponenti, a također i pružiti detalje o nekim od graničnih vrijednosti - kao što je minimalna vrijednost induktiviteta.

Korak 3: Odaberite komponente za svoje kolo

Čekaj, mislio sam da smo već odradili ovaj dio? Pa, prethodni dio je bio pronaći idealne vrijednosti komponenti, ali u stvarnom svijetu moramo se zadovoljiti neidealnim komponentama i upozorenjima koja dolaze sa sobom.

Na primjer, višeslojni keramički kondenzatori (MLCC) koriste se za ulazne i izlazne kondenzatore. MLCC -i imaju mnoge prednosti u odnosu na elektrolitičke kondenzatore - posebno u DC/DC pretvaračima - ali podliježu nečemu što se naziva DC Bias.

Kada se na MLCC primijeni istosmjerni napon, kapacitet može pasti i do 60%! To znači da je vaš 10µF kondenzator sada samo 4µF pri određenom istosmjernom naponu. Ne verujete mi? Pogledajte web stranicu TDK i pomaknite se prema dolje za karakteristične podatke za ovaj kondenzator od 10 μF.

Lako rješenje za ovu vrstu problema je jednostavno, samo upotrijebite više MLCC -a paralelno. Ovo također pomaže u smanjenju talasa napona jer se smanjuje ESR i vrlo se često može vidjeti u komercijalnim proizvodima koji trebaju zadovoljiti stroge specifikacije regulacije napona.

Na gornjim slikama nalazi se shematski i odgovarajući opis materijala (BOM) iz MAX17502F Evaluation Kit -a, pa ako ne možete pronaći dobar izbor komponenti, idite na isprobani primjer:)

Korak 4: Popunjavanje sheme i izgleda PCB -a

S odabranim stvarnim komponentama vrijeme je za stvaranje sheme koja prikazuje ove komponente, za to sam odabrao EasyEDA jer sam je ranije koristio s pozitivnim rezultatima. Jednostavno dodajte svoje komponente, pazeći da imaju odgovarajuću veličinu i spojite komponente zajedno, kao što je to bilo uobičajeno prethodno aplikacijsko kolo.

Nakon što to dovršite, kliknite gumb "Pretvori u PCB" i bit ćete preusmjereni na odjeljak PCB Layout alata. Ne brinite ako niste sigurni u nešto jer na internetu postoji mnogo vodiča o EasyEDA -i.

Raspored PCB -a je vrlo važan i može napraviti razliku između rada kola ili ne. Toplo bih savjetovao da slijedite sve savjete o rasporedu u tehničkom listu IC -a gdje je to moguće. Analog Devices ima odličnu napomenu o primjeni na temu rasporeda PCB-a ako nekoga zanima:

Korak 5: Naručite svoje štampane ploče

Siguran sam da je većina vas u ovom trenutku vidjela promotivne poruke u YouTube video zapisima za JLCPCB i PCBway, pa ne bi trebalo čuditi što sam i ja iskoristio jednu od ovih promotivnih ponuda. Naručio sam svoje PCB -ove od JLCPCB -a i oni su stigli nešto više od 2 sedmice kasnije, tako da su samo sa monetarne tačke gledišta prilično dobri.

Što se tiče kvalitete PCB -a, nemam apsolutno nikakvih zamjerki, ali o tome možete suditi:)

Korak 6: Montaža i testiranje

Ručno sam lemio sve komponente na praznu tiskanu ploču, što je bilo prilično škrto čak i uz dodatnu sobu koju sam ostavio između komponenti, ali postoje usluge montaže od strane JLCPCB -a i drugih prodavača PCB -a koje bi uklonile potrebu za ovim korakom.

Priključivanjem napajanja na ulazne stezaljke i mjerenjem izlaza, dočekalo me 5,02 V, kako se vidi na DMM -u. Nakon što sam provjerio izlaz 5V u cijelom rasponu napona, spojio sam elektroničko opterećenje preko izlaza koje je prilagođeno struji od 1A.

Buck je krenuo ravno s ovom strujom opterećenja od 1A i kad sam izmjerio izlazni napon (na ploči) bio je na 5,01 V, tako da je regulacija opterećenja bila vrlo dobra. Postavio sam ulazni napon na 12V jer je to bio jedan od slučajeva korištenja ove ploče i izmjerio sam ulaznu struju kao 0.476A. Ovo daje efikasnost od otprilike 87,7%, ali idealno bi bilo da želite pristup DMM testiranju za mjerenje efikasnosti sa četiri DMM.

Na struji opterećenja od 1A primijetio sam da je učinkovitost bila nešto niža od očekivane, vjerujem da je to zbog (I^2 * R) gubitaka u induktoru i u samoj IC. Da bih to potvrdio, postavio sam struju opterećenja na pola i ponovio gornje mjerenje kako bih postigao učinkovitost od 94%. To znači da su prepolovljenjem izlazne struje gubici snage smanjeni sa ~ 615mW na ~ 300mW. Neki gubici će biti neizbježni, poput gubitaka pri prebacivanju unutar IC -a, kao i struje mirovanja, pa sam i dalje vrlo zadovoljan ovim rezultatom.

Korak 7: Uključite prilagođenu PCB u neke projekte

Sada imate stabilno napajanje od 5V 1A koje se može napajati iz litijumske baterije 2S do 11S ili bilo kojeg drugog izvora između 6V i 50V, nema potrebe brinuti se o tome kako pokrenuti vlastite elektroničke projekte. Bilo da se radi o mikrokontrolerima ili čisto analognim krugovima, ovaj mali pretvarač može učiniti sve!

Nadam se da ste uživali na ovom putovanju i ako ste uspjeli do sada, hvala vam puno na čitanju!