DIY visokoučinkoviti pretvarač izlaznog napona od 5 V !: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Htio sam učinkovit način smanjenja većih napona s LiPo paketa (i drugih izvora) na 5V za elektroničke projekte. U prošlosti sam koristio generičke buck module s eBay -a, ali upitna 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 u dolarima koji ima vrlo širok raspon ulaznog napona (ulaz 6V do 50V) i izlazi 5V pri struji opterećenja do 1A, sve u malom faktoru. Vršna učinkovitost 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 puno PCB-a ako umjesto toga odaberete namjenski integrirani pretvarač dolara.

Možete koristiti funkcije pretraživanja i filtriranja na web mjestima 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!

Otišao sam s MAX17502F u malenom pakiranju od 3 mm x 2 mm, ali malo veće pakiranje vjerojatno bi bilo bolje ako planirate ručno lemljenje komponenti. Ovaj IC ima mnogo značajki, od kojih se najviše ističu 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 rekao 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 podatkovnu tablicu odabranog IC -a

Češće će se pojavljivati ono što se naziva "tipični aplikacijski krug" prikazano u podatkovnom listu, što će biti vrlo slično onome što pokušavate postići. To je bilo točno za moj slučaj i iako se moglo jednostavno kopirati vrijednosti komponente i nazvati to učinjenim, preporučio bih da slijedite postupak projektiranja (ako postoji).

Evo podatkovnog lista MAX17502F:

Počevši od stranice 12 postoji desetak vrlo jednostavnih jednadžbi koje vam mogu pomoći u odabiru prikladnijih vrijednosti komponenti, a također i u pružanju pojedinosti o nekim vrijednostima praga - poput minimalne vrijednosti induktiviteta.

Korak 3: Odaberite komponente za svoj krug

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 - osobito u DC/DC pretvaračima - ali podliježu nečemu što se naziva DC Bias.

Kad 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 vjerujete 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. To također pomaže u smanjenju talasa napona jer se smanjuje ESR i vrlo se često može vidjeti u komercijalnim proizvodima koji moraju zadovoljiti stroge specifikacije regulacije napona.

Na gornjim slikama nalazi se shematski i odgovarajući opis materijala (BOM) iz kompleta za procjenu MAX17502F, pa ako ne možete pronaći dobar izbor komponenti, idite na iskušani primjer:)

Korak 4: Popunjavanje sheme i izgleda PCB -a

S odabranim stvarnim komponentama vrijeme je za izradu sheme koja prikazuje te komponente, za to sam odabrao EasyEDA jer sam je već koristio s pozitivnim rezultatima. Jednostavno dodajte komponente, pazeći da imaju odgovarajuću veličinu i spojite komponente zajedno, kao što je to bio slučaj s uobičajenim aplikacijskim krugom.

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 podatkovnom listu IC -a gdje su dostupni. Analog Devices ima sjajnu napomenu o primjeni na temu PCB Layout ako nekoga zanima:

Korak 5: Naručite svoje PCB -ove

Siguran sam da je većina vas u ovom trenutku vidjela promotivne poruke u youtube videima za JLCPCB i PCBway, pa ne bi trebalo biti iznenađenje što sam i ja iskoristio jednu od ovih promotivnih ponuda. Naručio sam svoje PCB -e od JLCPCB -a i oni su stigli nešto više od 2 tjedna kasnije, tako da su samo s monetarnog stajališta 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 prazan PCB, što je bilo prilično škrto čak i uz dodatnu sobu koju sam ostavio između komponenti, ali postoje usluge montaže JLCPCB -a i drugih prodavača PCB -a koje bi eliminirale potrebu za ovim korakom.

Priključivši napajanje na ulazne stezaljke i izmjerivši izlaz, dočekao me 5,02 V što je vidjelo s DMM -om. Nakon što sam provjerio izlaz 5V u cijelom rasponu napona, spojio sam elektroničko opterećenje preko izlaza koje je bilo podešeno na struju od 1A.

Buck je počeo ravno s ovom strujom opterećenja od 1A i kad sam izmjerio izlazni napon (na ploči) bio je na 5,01 V, pa je regulacija opterećenja bila vrlo dobra. Postavio sam ulazni napon na 12V jer je to bio jedan od primjera koje sam imao na umu za ovu ploču i izmjerio sam ulaznu struju kao 0.476A. To daje učinkovitost od otprilike 87,7%, ali idealno bi bilo da želite pristup mjerenju učinkovitosti s četiri DMM -a.

Na struji opterećenja od 1A primijetio sam da je učinkovitost bila nešto niža od očekivane, vjerujem da je to posljedica (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 smanjenjem izlazne struje prepolovljeni gubici snage smanjeni sa ~ 615mW na ~ 300mW. Neki će gubici biti neizbježni, poput prebacivanja gubitaka unutar IC -a, kao i struje mirovanja, pa sam i dalje jako zadovoljan ovim rezultatom.

Korak 7: Uključite svoju prilagođenu PCB u neke projekte

Sada imate stabilno napajanje od 5V 1A koje se može napajati iz litijeve baterije od 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 sklopovima, ovaj mali pretvarač dolara može sve!

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