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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Sićušna konvertorska ploča istosmjernog u istosmjerni napon korisna je za mnoge primjene, osobito 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 strujnog kruga

Na slici 1 prikazan je shematski dijagram uređaja. Glavna komponenta je niži pretvarač dolara MP2315.

Korak 1: Reference

Izvor članka:

[2]:

[3]:

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

Prema podatkovnom 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 3A kontinuirane izlazne struje u širokom rasponu ulaznog napajanja uz izvrsnu regulaciju opterećenja i vodova. MP2315 ima sinkroni način rada za veću učinkovitost u rasponu opterećenja izlazne struje. Rad u trenutnom načinu rada pruža brz prijelazni odziv i olakšava stabilizaciju petlje. Značajke potpune zaštite uključuju OCP i termičko isključivanje.” Niski RDS (uključeno) omogućuje 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 bitni su elementi pretvarača dolara. L2, C5 i C7 čine dodatni izlazni LC filter koji sam dodao za smanjenje buke i valovitosti. Granična frekvencija ovog filtra je oko 1KHz. R6 ograničava protok struje na EN pin. Vrijednost R1 postavljena je prema podatkovnom listu. R3 i C3 povezani su s bootstrap krugom i određeni su prema podatkovnom listu.

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

Korak 3: Slika 2, Učinkovitost protiv izlazne struje

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

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

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

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 (TOP i Buttom)

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

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

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

Nakon lemljenja komponenti, spremni smo za ispitivanje kruga. Tehnički list kaže da na ulaz možemo primijeniti napon od 4,5V do 24V. Glavne razlike između prvog prototipa (moja testirana ploča) 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 pakiranja). Primijenio sam iste izmjene na ulaz i zamijenio ulazni kondenzator s dva 35V kondenzatora. Također, promijenio sam 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 nadoknaditi 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 filtra, tako da bi on potisnuo više šumova.

Bolje je da kondenzatore koristite paralelno. Na primjer, upotrijebite dva 470uF paralelno umjesto jednog 1000uF. Pomaže u smanjenju ukupne vrijednosti ESR -a (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 značajka.

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, ploča pretvarača na malom komadu DIY prototip ploče (uključujući izlazni kondenzator od 470uF)

Kad 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). Bitno je koristiti oprugu za uzemljenje, jer žica za uzemljenje sonde osciloskopa može apsorbirati mnogo uobičajenih zvukova, osobito 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 istosmjernog u DC pretvarač (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/valovitost povećava. Ovo je istinita priča za sva napajanja ili pretvarače.

[4] Predmet materijala

Na slici 12 prikazan je projektni materijal.