DIY nagy hatékonyságú 5 V -os kimeneti Buck konverter!: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Hatékony módszert akartam a LiPo csomagok (és más források) magasabb feszültségeinek 5 V -ra történő csökkentésére elektronikai projekteknél. A múltban általános bak -modulokat használtam az eBay -től, de a megkérdőjelezhető minőség -ellenőrzés és a név nélküli elektrolit kondenzátorok nem töltöttek el bizalommal.

Szóval, úgy döntöttem, hogy elkészítem a saját lelépő átalakítómat, hogy ne csak kihívást jelenthessek magamnak, hanem valami hasznosat is készítsek!

Végeztem egy bak konverterrel, amely nagyon széles bemeneti feszültségtartománnyal rendelkezik (6V - 50V bemenet), és 5V kimenetet biztosít akár 1A terhelési áramnál is, kis formában. A mért maximális hatásfok 94% volt, így ez az áramkör nemcsak kicsi, hanem hűvös is marad.

1. lépés: A Buck IC kiválasztása

Bár minden bizonnyal elkészíthet egy bak-átalakítót egy maroknyi op-erősítővel és egyéb támogató komponensekkel, jobb teljesítményt érhet el, és minden bizonnyal sok PCB-területet takaríthat meg, ha ehelyett egy dedikált bak-konverter IC-t választ.

Használhatja a keresési és szűrési funkciókat olyan webhelyeken, mint a DigiKey, Mouser és Farnell, hogy megtalálja az igényeinek megfelelő IC -t. A fenti képen láthatja, hogy egy ijesztő 16, 453 alkatrész néhány kattintással 12 opcióra leszűkítve!

A MAX17502F -vel egy apró 3 mm x 2 mm -es csomagban mentem, de egy kicsit nagyobb csomag valószínűleg jobb lenne, ha az alkatrészek kézi forrasztását tervezi. Ennek az IC -nek számos funkciója van, amelyek közül a legjelentősebb a nagy, akár 60 V -os* bemeneti tartomány, valamint a belső teljesítményű FET -ek, amelyek azt jelentik, hogy nincs szükség külső MOSFET -re vagy diódára.

*Vegye figyelembe, hogy a bevezetőben azt mondtam, hogy 50V bemenet, de az alkatrész képes kezelni a 60V -ot? Ez a bemeneti kondenzátoroknak köszönhető, és ha 60 V -os bemenetre van szüksége, az áramkört igény szerint módosíthatja.

2. lépés: Ellenőrizze a kiválasztott IC adatlapját

Gyakran előfordul, hogy az adatlapon megjelenik az úgynevezett "tipikus alkalmazási áramkör", amely nagyon hasonló ahhoz, amit elérni próbál. Ez az én esetemre is igaz volt, és bár csak lemásolhatnánk az összetevő értékeit és késznek nevezhetnénk, javaslom a tervezési eljárás követését (ha van).

Itt található a MAX17502F adatlapja:

A 12. oldaltól kezdve körülbelül egy tucat nagyon egyszerű egyenlet segíthet a megfelelőbb komponensértékek kiválasztásában, és segít részletezni néhány küszöbértéket - például a minimális induktivitási értéket.

3. lépés: Válassza ki az áramkör összetevőit

Várj, azt hittem, ezt a részt már elvégeztük? Nos, az előző rész az ideális komponensértékek megtalálása volt, de a való világban meg kell elégednünk a nem ideális komponensekkel és az ezzel járó figyelmeztetésekkel.

Példaként többrétegű kerámia kondenzátorokat (MLCC) használnak a bemeneti és kimeneti kondenzátorokhoz. Az MLCC -k számos előnnyel rendelkeznek az elektrolit kondenzátorokkal szemben - különösen DC/DC átalakítók esetében -, de ezek DC DC torzításnak vannak kitéve.

Ha egyenáramú feszültséget adnak az MLCC -hez, a kapacitási besorolás akár 60%-kal is csökkenhet! Ez azt jelenti, hogy a 10 µF -os kondenzátor most csak 4 µF egy bizonyos egyenfeszültség mellett. Nem hiszel nekem? Vessen egy pillantást a TDK webhelyére, és görgessen lefelé a 10 µF kondenzátor jellemző adataihoz.

Az ilyen típusú problémák egyszerű megoldása egyszerű, csak több MLCC -t használjon párhuzamosan. Ez is segít csökkenteni a feszültség hullámzását, mivel az ESR csökken, és nagyon gyakori a kereskedelmi termékeknél, amelyeknek meg kell felelniük a szigorú feszültségszabályozási előírásoknak.

A fenti képeken egy sematikus és megfelelő anyagjegyzék (BOM) található a MAX17502F kiértékelő készletből, így ha úgy tűnik, hogy nem talál jó alkatrészválasztékot, akkor használja a bevált példát:)

4. lépés: A vázlat és a NYÁK -elrendezés kitöltése

A tényleges komponensek kiválasztásával itt az ideje, hogy létrehozzon egy vázlatot, amely rögzíti ezeket az összetevőket, ezért az EasyEDA -t választottam, mivel korábban már használtam pozitív eredménnyel. Egyszerűen adja hozzá az alkatrészeket, ügyelve arra, hogy megfelelő méretű legyen, és kösse össze az alkatrészeket, mint az előző tipikus alkalmazási áramkör.

Ha ez befejeződött, kattintson a "Konvertálás PCB -re" gombra, és megjelenik az eszköz NYÁK -elrendezés része. Ne aggódjon, ha valamiben nem biztos, mivel sok oktatóanyag található online az EasyEDA -ról.

A NYÁK elrendezés nagyon fontos, és különbséget tehet az áramkör között vagy sem. Határozottan javaslom, hogy kövesse az IC adatlapján található elrendezési tanácsokat, ha rendelkezésre állnak. Az Analog Devices nagyszerű alkalmazási megjegyzést tartalmaz a NYÁK-elrendezés témában, ha valakit érdekel:

5. lépés: Rendelje meg a PCB -ket

Biztos vagyok benne, hogy a legtöbben ezen a ponton látták a promóciós üzeneteket a JLCPCB és a PCBway YouTube -videóiban, így nem lehet meglepő, hogy én is felhasználtam ezeket a promóciós ajánlatokat. A PCB -ket a JLCPCB -től rendeltem, és alig több mint 2 héttel később érkeztek meg, tehát csak pénzügyileg elég jók.

Ami a NYÁK -ok minőségét illeti, abszolút nincs panaszom, de te lehetsz ennek a bírája:)

6. lépés: Összeszerelés és tesztelés

Az összes alkatrészt kézzel forrasztottam az üres NYÁK -ra, ami még az alkatrészek között hagyott extra hely ellenére is elég fura volt, de vannak összeszerelési szolgáltatások a JLCPCB és más NYÁK -gyártók részéről, amelyek szükségtelenné teszik ezt a lépést.

A tápellátást a bemeneti terminálokhoz csatlakoztatva és a kimenetet mérve 5.02V fogadott, ahogy a DMM látja. Miután ellenőriztem az 5 V -os kimenetet a teljes feszültségtartományban, csatlakoztattam egy elektronikus terhelést a kimenetre, amelyet 1A áramfelvételre állítottak be.

A Buck egyenesen ezzel az 1A terhelési árammal indult, és amikor a kimeneti feszültséget (a táblánál) mértem, 5,01 V volt, tehát a terhelésszabályozás nagyon jó volt. A bemeneti feszültséget 12 V -ra állítottam, mivel ez volt az egyik használati eset, amelyet erre a táblára gondoltam, és a bemeneti áramot 0,476A -nak mértem. Ez nagyjából 87,7% -os hatékonyságot eredményez, de ideális esetben egy négy DMM tesztelési módszert szeretne a hatékonyságméréshez.

1A terhelési áramnál észrevettem, hogy a hatékonyság valamivel alacsonyabb volt a vártnál, azt hiszem, ez az induktor és az IC (I^2 * R) veszteségeinek köszönhető. Ennek megerősítésére a terhelési áramot felére állítottam, és megismételtem a fenti mérést, hogy 94%-os hatásfokot kapjak. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti áram felére csökkentésével a teljesítményveszteségek ~ 615 mW -ról ~ 300 mW -ra csökkentek. Bizonyos veszteségek elkerülhetetlenek lesznek, például az IC -n belüli kapcsolási veszteségek, valamint a nyugalmi áram, így továbbra is nagyon elégedett vagyok ezzel az eredménnyel.

7. lépés: Illessze be egyedi nyomtatott áramköri lapjait néhány projektbe

Most stabil 5V 1A tápegységgel rendelkezik, amely 2S -11S lítium akkumulátorról, vagy bármely más, 6V és 50V közötti forrásról táplálható, nem kell aggódnia a saját elektronikai projektjeinek áramellátása miatt. Legyen az mikrokontroller -alapú vagy tisztán analóg áramkör, ez a kis bakkonverter mindent meg tud tenni!

Remélem, élvezte ezt az utat, és ha idáig eljutott, nagyon köszönöm, hogy elolvasta!