97% hatékony DC -DC Buck konverter [3A, állítható]: 12 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Egy apró egyenáramú egyenáramú buck konverter kártya sok alkalmazásban hasznos, különösen akkor, ha akár 3A áramot is képes leadni (2A folyamatosan hűtőborda nélkül). Ebben a cikkben megtanulunk kicsi, hatékony és olcsó bak konverter áramkört építeni.

[1]: Áramkör -elemzés

Az 1. ábra az eszköz sematikus diagramját mutatja. A fő alkotóelem az MP2315 lecsökkenthető bakkonverter.

1. lépés: Hivatkozások

A cikk forrása:

[2]:

[3]:

2. lépés: 1. ábra, A DC -DC Buck konverter sematikus diagramja

Az MP2315 [1] adatlapja szerint: „Az MP2315 egy nagyfrekvenciás, szinkron, egyenirányított, lefelé irányuló kapcsolóüzemű átalakító, beépített belső tápellátású MOSFET-ekkel. Nagyon kompakt megoldást kínál a 3A folyamatos kimeneti áram eléréséhez széles bemeneti tápellátási tartományban, kiváló terhelés- és vezetékszabályozással. Az MP2315 szinkron üzemmóddal rendelkezik a nagyobb hatékonyság érdekében a kimeneti áram terhelési tartományában. Az aktuális üzemmód gyors átmeneti választ biztosít, és megkönnyíti a hurok stabilizálását. A teljes védelmi funkciók közé tartozik az OCP és a termikus leállítás.” Az alacsony RDS (be) lehetővé teszi, hogy ez a chip kezelje a nagy áramokat.

A C1 és C2 a bemeneti feszültségzaj csökkentésére szolgál. R2, R4 és R5 visszacsatolási útvonalat épít a chiphez. Az R2 egy 200K -os többfordulós potenciométer a kimeneti feszültség beállítására. Az L1 és a C4 az alapvető bak -átalakító elemek. Az L2, C5 és C7 további kimeneti LC szűrőt készít, amelyet hozzáadtam a zaj és a hullámzás csökkentéséhez. Ennek a szűrőnek a vágási frekvenciája körülbelül 1KHz. R6 korlátozza az áramlást az EN csapra. Az R1 érték az adatlapnak megfelelően lett beállítva. Az R3 és a C3 a rendszerindító áramkörhöz kapcsolódik, és az adatlap szerint kerül meghatározásra.

A 2. ábra a hatékonyság és a kimeneti áram diagramját mutatja. A legnagyobb hatékonyság szinte minden bemeneti feszültségnél 1A körül van.

3. lépés: 2. ábra, Hatékonyság Vs kimeneti áram

[2]: NYÁK -elrendezésA 3. ábra a tervezett NYÁK -elrendezést mutatja. Ez egy kicsi (2,1 cm*2,6 cm) kétrétegű tábla.

A SamacSys komponenskönyvtárakat (sematikus szimbólum és PCB lábnyom) használtam az IC1 -hez [2], mert ezek a könyvtárak ingyenesek, és ami még fontosabb, követik az ipari IPC szabványokat. Az Altium Designer CAD szoftvert használom, ezért a SamacSys Altium plugint használtam a komponenskönyvtárak közvetlen telepítéséhez [3]. A 4. ábra a kiválasztott alkatrészeket mutatja. Kereshet és telepíthet/használhat passzív komponenskönyvtárakat is.

4. lépés: 3. ábra, A DC -DC Buck átalakító NYÁK -elrendezése

5. lépés: 4. ábra: Kiválasztott összetevő (IC1) a SamacSys Altium bővítményből

Ez a PCB kártya utolsó felülvizsgálata. Az 5. és a 6. ábra a NYÁK lap 3D -s nézetét mutatja felülről és alulról.

6. lépés: 5. és 6. ábra, 3D -s nézetek a NYÁK -tábláról (TOP és Buttom)

[3]: Felépítés és tesztA 7. ábra a tábla első prototípusát (első verziója) mutatja. A NYÁK lapot a PCBWay gyártotta, amely kiváló minőségű lap. Semmi gondom nem volt a forrasztással.

Amint az a 8. ábrán is látható, az áramkör egyes részeit úgy módosítottam, hogy alacsonyabb zajszintet érjenek el, így a mellékelt rajz és a NYÁK a legújabb verziók.

7. lépés: 7. ábra, a Buck Converter első prototípusa (régebbi verziója)

Az alkatrészek forrasztása után készen állunk az áramkör tesztelésére. Az adatlap azt mondja, hogy 4,5–24 V feszültséget alkalmazhatunk a bemenetre. A fő különbségek az első prototípus (a tesztelt lapom) és az utolsó PCB/sematikus között a PCB kialakításának és az alkatrészek elhelyezésének/értékeinek néhány módosítása. Az első prototípus esetében a kimeneti kondenzátor csak 22uF-35V. Így két 47uF SMD kondenzátorral cseréltem (C5 és C7, 1210 csomag). Ugyanazokat a módosításokat alkalmaztam a bemenetre, és kicseréltem a bemeneti kondenzátort két 35 V -os névleges kondenzátorra. Ezenkívül megváltoztattam a kimeneti fejléc helyét.

Mivel a maximális kimeneti feszültség 21 V, és a kondenzátorok névleges feszültsége 25 V (kerámia), akkor nem lehet feszültségsebesség -probléma, azonban ha aggályai vannak a kondenzátorok névleges feszültségével kapcsolatban, egyszerűen csökkentse kapacitásukat 22uF -ra, és növelje a névleges feszültség 35 V -ig. Ezt bármikor kompenzálhatja úgy, hogy extra kimeneti kondenzátorokat ad hozzá a megcélzott áramkörhöz/terheléshez. Még Ön is hozzáadhat egy 470uF vagy 1000uF kondenzátort „külsőleg”, mert nincs elég hely a táblán, hogy bármelyiket elférje. Valójában több kondenzátor hozzáadásával csökkentjük a végső szűrő levágási frekvenciáját, így több zajt fog elnyomni.

Jobb, ha párhuzamosan használja a kondenzátorokat. Például használjon két 470uF párhuzamosan egy 1000uF helyett. Segít csökkenteni a teljes ESR értéket (a párhuzamos ellenállások szabálya).

Most vizsgáljuk meg a kimeneti hullámzást és zajt egy alacsony zajszintű előlapi oszcilloszkóp, például a Siglent SDS1104X-E használatával. Mérheti a feszültséget 500uV/div -ig, ami nagyon szép tulajdonság.

Az átalakítólapot forrasztottam egy külső 470uF-35V kondenzátorral együtt egy kis barkács prototípus lapra, hogy teszteljem a hullámzást és a zajt (8. ábra)

8. lépés: 8. ábra: átalakító kártya egy kis darab DIY prototípuslapon (beleértve a 470uF kimeneti kondenzátort)

Ha a bemeneti feszültség magas (24V) és a kimeneti feszültség alacsony (például 5V), akkor a maximális hullámzást és zajt kell generálni, mivel a bemeneti és kimeneti feszültségkülönbség magas. Tehát szereljük fel az oszcilloszkóp szondát földrugóval, és ellenőrizzük a kimeneti zajt (9. ábra). Elengedhetetlen a földrugó használata, mert az oszcilloszkóp szonda földelővezetéke sok közös módú zajt képes elnyelni, különösen ilyen méréseknél.

9. lépés: 9. ábra, A szonda földelővezetékének cseréje földrugóra

A 10. ábra a kimeneti zajt mutatja, ha a bemenet 24V, a kimenet pedig 5V. Meg kell említeni, hogy az átalakító kimenete szabad, és nincs csatlakoztatva semmilyen terheléshez.

10. lépés: 10. ábra, A DC -DC átalakító kimeneti zaja (bemenet = 24V, kimenet = 5V)

Most teszteljük a kimeneti zajt a legalacsonyabb bemeneti/kimeneti feszültségkülönbség (0,8V) alatt. A bemeneti feszültséget 12V -ra, a kimenetet 11,2V -ra állítottam (11. ábra).

11. lépés: 11. ábra, Kimeneti zaj a legalacsonyabb bemeneti/kimeneti feszültségkülönbség alatt (bemenet = 12V, kimenet = 11,2V)

Kérjük, vegye figyelembe, hogy a kimeneti áram növelésével (terhelés hozzáadásával) a kimeneti zaj/hullámzás nő. Ez igaz történet minden tápegység vagy átalakító esetében.

[4] Anyagjegyzék

A 12. ábra a projekt anyagjegyzékét mutatja.