97% efikasan istosmjerni u istosmjerni pretvarač napona [3A, podesivo]: 12 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Mala konvertorska ploča istosmjernog u istosmjerni napon korisna je za mnoge aplikacije, posebno ako može isporučiti struje do 3A (2A neprekidno bez hladnjaka). U ovom ćemo članku naučiti izgraditi mali, učinkovit i jeftin krug pretvarača dolara.

[1]: Analiza kola

Na slici 1 prikazan je shematski dijagram uređaja. Glavna komponenta je MP2315 pretvarač u padu.

Korak 1: Reference

Izvor članka:

[2]:

[3]:

Korak 2: Slika 1, Shematski dijagram pretvarača istosmjerne struje u istosmjernu struju

Prema tehničkom listu MP2315 [1]: „MP2315 je visokofrekventni sinkronizirani ispravljeni stepenasti pretvarač preklopnog načina rada s ugrađenim internim MOSFET-ovima za napajanje. Nudi vrlo kompaktno rješenje za postizanje kontinuirane izlazne struje od 3A u širokom rasponu ulaznog napajanja s odličnom regulacijom opterećenja i linije. MP2315 ima sinhroni način rada za veću efikasnost u rasponu opterećenja izlazne struje. Trenutni način rada pruža brzi prolazni odziv i olakšava stabilizaciju petlje. Funkcije potpune zaštite uključuju OCP i termičko isključivanje.” Nizak RDS (uključen) omogućava ovom čipu da podnese velike struje.

C1 i C2 koriste se za smanjenje buke ulaznog napona. R2, R4 i R5 grade povratnu vezu do čipa. R2 je višenamjenski potenciometar od 200K za podešavanje izlaznog napona. L1 i C4 su bitni elementi pretvarača dolara. L2, C5 i C7 čine dodatni izlazni LC filter koji sam dodao za smanjenje buke i talasa. Granična frekvencija ovog filtera je oko 1KHz. R6 ograničava protok struje na EN pin. Vrijednost R1 je postavljena prema tehničkom listu. R3 i C3 su povezani sa bootstrap krugom i određeni su prema tehničkom listu.

Slika 2 prikazuje grafikon efikasnosti u odnosu na izlaznu struju. Najveća efikasnost za gotovo sve ulazne napone postignuta je na oko 1A.

Korak 3: Slika 2, Efikasnost vs izlazna struja

[2]: Raspored PCB -a Slika 3 prikazuje dizajnirani izgled PCB -a. To je mala (2,1 cm*2,6 cm) dvoslojna ploča.

Za IC1 [2] koristio sam biblioteke komponenti SamacSys (shematski simbol i otisak PCB -a) [2] jer su te biblioteke besplatne i što je još važnije, slijede industrijske IPC standarde. Koristim CAD softver Altium Designer, pa sam koristio dodatak SamacSys Altium za direktno instaliranje biblioteka komponenti [3]. Slika 4 prikazuje odabrane komponente. Možete pretraživati i instalirati/koristiti biblioteke pasivnih komponenti.

Korak 4: Slika 3, Raspored PCB -a pretvarača istosmjerne struje u istosmjerni

Korak 5: Slika 4, Odabrana komponenta (IC1) iz SamacSys Altium dodatka

Ovo je posljednja revizija PCB ploče. Na slikama 5 i 6 prikazani su 3D prikazi PCB ploče, odozgo i odozdo.

Korak 6: Slike 5 i 6, 3D prikazi PCB ploče (odozgo i odozdo)

[3]: Konstrukcija i test Slika 7 prikazuje prvi prototip (prva verzija) ploče. PCB ploču je izradio PCBWay, ploča visoke kvalitete. Nisam imao problema sa lemljenjem.

Kao što je jasno na slici 8, izmijenio sam neke dijelove kola kako bih postigao nižu buku, pa su priložena shema i PCB najnovije verzije.

Korak 7: Slika 7, prvi prototip (starija verzija) Buck pretvarača

Nakon lemljenja komponenti, spremni smo za testiranje kola. Tehnički list kaže da na ulaz možemo primijeniti napon od 4,5V do 24V. Glavne razlike između prvog prototipa (moje testirane ploče) i posljednjeg PCB -a/sheme su neke izmjene u dizajnu PCB -a i postavljanju/vrijednostima komponenti. Za prvi prototip, izlazni kondenzator je samo 22uF-35V. Pa sam ga promijenio s dva 47uF SMD kondenzatora (C5 i C7, 1210 paketa). Primijenio sam iste izmjene na ulaz i zamijenio ulazni kondenzator s dva kondenzatora nominalne snage 35 V. Također sam promijenio lokaciju izlaznog zaglavlja.

Budući da je maksimalni izlazni napon 21 V, a kondenzatori nazivni na 25 V (keramički), tada ne bi trebalo biti problema s naponom, međutim, ako imate nedoumica u vezi s nazivnim naponima kondenzatora, jednostavno smanjite njihove vrijednosti kapacitivnosti na 22 uF i povećajte nazivni naponi do 35V. To uvijek možete kompenzirati dodavanjem dodatnih izlaznih kondenzatora na vaš ciljni krug/opterećenje. Čak i možete dodati kondenzator od 470uF ili 1000uF „izvana“jer na ploči nema dovoljno mjesta za bilo koji od njih. Zapravo, dodavanjem više kondenzatora smanjujemo graničnu frekvenciju završnog filtera, tako da bi potisnuo više šumova.

Bolje je da kondenzatore koristite paralelno. Na primjer, upotrijebite dva 470uF paralelno umjesto jednog 1000uF. Pomaže u smanjenju ukupne vrijednosti ESR (pravilo paralelnih otpornika).

Sada ispitajmo izlaznu valovitost i šum pomoću osciloskopa s prednjim krajem s niskim šumom, poput Siglent SDS1104X-E. Može mjeriti napone do 500uV/div, što je vrlo lijepa karakteristika.

Lemio sam pretvaračku ploču, zajedno s vanjskim kondenzatorom od 470uF-35V, na mali komad DIY prototipne ploče kako bih testirao valovitost i buku (slika 8)

Korak 8: Slika 8, konvertorska ploča na malom komadu DIY prototip ploče (uključujući izlazni kondenzator od 470uF)

Kada je ulazni napon visok (24V), a izlazni napon nizak (na primjer 5V), treba generirati maksimalnu valovitost i šum jer je razlika ulaznog i izlaznog napona velika. Zato opremimo sondu osciloskopa oprugom za uzemljenje i provjerimo izlaznu buku (slika 9). Neophodno je koristiti oprugu za uzemljenje, jer žica za uzemljenje sonde osciloskopa može apsorbirati mnogo uobičajenih zvukova, posebno pri takvim mjerenjima.

Korak 9: Slika 9, Zamjena uzemljene žice sonde oprugom za uzemljenje

Slika 10 prikazuje izlazni šum kada je ulaz 24V, a izlaz 5V. Treba napomenuti da je izlaz pretvarača slobodan i da nije spojen ni na jedno opterećenje.

Korak 10: Slika 10, Izlazna buka DC -DC pretvarača (ulaz = 24V, izlaz = 5V)

Sada testirajmo izlazni šum pod najnižom razlikom ulaznog/izlaznog napona (0,8V). Postavio sam ulazni napon na 12V, a izlazni na 11.2V (slika 11).

Korak 11: Slika 11, Izlazna buka ispod najniže razlike ulaznog/izlaznog napona (ulaz = 12V, izlaz = 11.2V)

Imajte na umu da se povećanjem izlazne struje (dodavanjem opterećenja) izlazna buka/talasi povećavaju. Ovo je istinita priča za sva napajanja ili pretvarače.

[4] Predmet materijala

Na slici 12 prikazan je projektni materijal.