Тиімділікті іздеуде: 9 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

«DPAK» өлшеміндегі BUCK түрлендіргіші

Әдетте, электронды немесе әуесқойлықты жаңадан бастаушылар бізге баспа тақтасындағы кернеу реттегішін немесе нан тақтасын қажет етеді. Өкінішке орай, біз кернеудің сызықтық реттегішін қолданамыз, бірақ мүлдем жаман емес, өйткені әрқашан қосымшаларға байланысты маңызды.

Мысалы, дәлме -дәл аналогтық құрылғыларда (өлшеу құралдары сияқты) сызықтық кернеу реттегіші (шу мәселесін азайту үшін) жақсы қолданылады. Бірақ электрлік электронды шамдарда жарықдиодты шамдар немесе сызықтық реттегіштер кезеңінің алдын ала реттегіші (тиімділікті жақсарту үшін) негізгі қорек ретінде DC/DC BUCK түрлендіргішінің кернеу реттегішін қолданған дұрыс, себебі бұл құрылғылар сызықтық реттегіштен тиімді. жоғары ток шығысында немесе қатты жүктемеде.

Басқа талғампаз емес, бірақ жылдам нұсқа - дайын модульдерде DC / DC түрлендіргіштерін пайдалану және оларды баспа схемасының үстіне қосу, бірақ бұл тақтаны әлдеқайда үлкен етеді.

Мен әуесқойға немесе электрониканы жаңадан бастауға ұсынатын шешім DC/DC BUCK түрлендіргіш модулін қолданады, ол жер үсті модулі, бірақ кеңістікті үнемдейді.

Жабдықтар

• 1 Бакты коммутациялық түрлендіргіш 3A --- RT6214.
• 1 индуктор 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 конденсатор 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 конденсатор 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 конденсатор 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 резистор 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 резистор 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

1 -қадам: Ең жақсы жүргізушіні таңдау

DC/DC BUCK түрлендіргішін таңдау

DC/DC Buck түрлендіргішін жобалаудағы бірінші қадам - бұл біздің қосымшамыз үшін ең жақсы шешімді табу. Шешім тезірек - коммутаторды пайдаланудың орнына коммутациялық реттегішті қолдану.

Бұл екі нұсқаның айырмашылығы төменде көрсетілген.

Коммутациялық реттегіш

1. Көптеген жағдайларда олар монолитті.
2. Тиімділігі жақсы.
3. Олар өте жоғары шығыс токтарын қолдамайды.
4. Оларды тұрақтандыру оңайырақ (тек тізбекті RC қажет).
5. Пайдаланушыға контур дизайнын жасау үшін DC/DC түрлендіргіші туралы көп білім қажет емес.
6. Тек белгілі бір топологияда жұмыс істеу үшін алдын ала конфигурацияланған.
7. Соңғы баға төмен.

Төменде ауысу реттегіші қысқартылған мысалды көрсетіңіз [Бұл қадамдағы бірінші сурет].

Коммутациялық контроллер

1. MOSFET және диодтар сияқты көптеген сыртқы компоненттер қажет.
2. Олар күрделірек және пайдаланушыға контур дизайнын жасау үшін DC/DC түрлендіргіші туралы қосымша білім қажет.
3. Олар көбірек топологияларды қолдана алады.
4. Өте жоғары шығыс токты қолдау.
5. Соңғы баға жоғары.

Төменде коммутациялық контроллердің әдеттегі қолданбалы схемасын көрсетіңіз [Бұл қадамдағы екінші сурет]

• Келесі тармақтарды ескере отырып.

  1. Құны.
  2. Кеңістік [Қуат шығысы осыған байланысты].
  3. Қуат шығысы.
  4. Тиімділік.
  5. Күрделілік.

Бұл жағдайда мен Richtek RT6214 [A тұрақты жүктеме үшін жақсы жүктеме үшін жақсы, ал үзіліс режимінде жұмыс істейтін В нұсқасы, ол жеңіл жүктеме үшін жақсы және төмен шығыс токтардағы тиімділікті жақсартады], бұл тұрақты ток /DC Buck Converter монолитті [демек, бізге Power MOSFETs және Schottky диодтары сияқты сыртқы компоненттер қажет емес, себебі конвертерде MOSFET қосқыштары мен диод сияқты жұмыс істейтін басқа MOSFET бар].

Толық ақпаратты мына сілтемелерден табуға болады: Buck_converter_guide, Buck Converter топологияларын салыстыру, Buck Converter таңдау критерийлері

2 -қадам: индуктор - бұл DC/DC түрлендіргішіндегі сіздің ең жақсы одақтасыңыз

Индукторды түсіну [Мәліметтер кестесін талдау]

Менің тізбегімдегі бос орынды ескере отырып, мен 4.7uH, номиналды тогы 2.9А, қаныққан тогы 3.9А және тұрақты кернеуі 67м Ом болатын ECS-MPI4040R4-4R7-R қолданамын.

Номиналды ток

Номиналды ток - индуктивтілік индуктивтілік сияқты қасиеттерін жоғалтпайтын және қоршаған ортаның температурасын жоғарылатпайтын ағымдағы мән.

Қаныққан ток

Индуктордағы қаныққан ток - бұл индуктор қасиетін жоғалтатын және магнит өрісінде энергияны сақтау үшін жұмыс істемейтін ток мәні.

Қарсылыққа қарсы өлшем

Оның қалыпты әрекеті кеңістік пен қарсылық бір -біріне тәуелді, өйткені қажет болған жағдайда біз кеңістікті үнемдейміз, магниттік сымдағы AWG мәнін азайтып, мен қарсылықты жоғалтқым келсе, магнит сымындағы AWG мәнін жоғарылатуым керек.

Өзіндік резонанстық жиілік

Өзіндік резонанстық жиілікке ауысу жиілігі индуктивтілікті жойған кезде және паразиттік сыйымдылық енді ғана болған кезде қол жеткізіледі. Көптеген өндірушілер коммутациялық жиілікті индукторды өздігінен резонанстық жиіліктен кемінде он жыл бойы ұстап тұруды ұсынды. Мысалға

Өзіндік резонанстық жиілік = 10 МГц.

f-ауысу = 1 МГц.

Онжылдық = журнал [10 -негіз] (Өзіндік резонанстық жиілік / f - ауысу)

Онжылдық = журнал [10 -негіз] (10МГц / 1МГц)

Онжылдық = 1

Егер сіз индукторлар туралы көбірек білгіңіз келсе, мына сілтемелерді тексеріңіз: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

3 -қадам: индуктор - бұл жүрек

Идеал индукторды таңдау

Индуктор DC / DC түрлендіргіштерінің жүрегі болып табылады, сондықтан кернеу реттегішінің жақсы жұмысына қол жеткізу үшін келесі тармақтарды есте ұстау өте маңызды.

Реттегіш кернеуінің шығыс тогы, номиналды ток, қаныққан ток және толқындық ток

Бұл жағдайда өндіруші идеалды индукторды толқындық ток, кернеу шығысы, кернеу кірісі, ауысу жиілігі бойынша есептеу үшін теңдеулерді ұсынады. Теңдеу төменде көрсетілген.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-коммутация x толқу тогы.

Ripple ток = Vout (Vin-Vout) / Vin x f ауысу x L.

IL (шыңы) = Iout (Max) + толқу тогы / 2.

Менің индукторға толқындық ток теңдеуін қолдану [Мәндер алдыңғы қадамда] нәтижелері төменде көрсетілген.

Вин = 9В.

Vout = 5V.

f-ауысу = 500 кГц.

L = 4.7uH.

Iout = 1.5A.

Идеалды толқу тогы = 1,5А * 50%

Идеалды толқу тогы = 0.750А

Ripple ток = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

Ripple ток = 0.95A*

IL (шыңы) = 1,5А + 0,95А / 2

IL (шыңы) = 1.975A **

*Шығу тогының 20-50% -ға жуық толқынды токты пайдалану ұсынылады. Бірақ бұл жалпы ереже емес, себебі ол коммутациялық реттеушінің жауап беру уақытына байланысты. Бізге тез жауап қажет болған кезде төмен индуктивтілікті қолдану керек, себебі индуктивті зарядтау уақыты қысқа, ал бізге баяу реакция қажет болған кезде жоғары индуктивтілікті қолдану керек, себебі зарядтау уақыты ұзақ, сондықтан біз EMI төмендетеміз.

** Ұсынылған өндіруші қауіпсіз диапазонды сақтау үшін құрылғыны қолдайтын максималды аңғар токынан аспайды. Бұл жағдайда аңғардың максималды тогы 4,5А.

Бұл мәндерді келесі сілтеме бойынша білуге болады: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

4 -қадам: Болашақ қазір

REDEXPERT көмегімен конвертер үшін ең жақсы индукторды таңдаңыз

REDEXPERT - бұл сіздің конвертеріңіз, күшейткіш түрлендіргішіңіз, сепикалық түрлендіргіш және т.б. үшін ең жақсы индуктордың қайсысы екенін білу қажет болған кезде тамаша құрал. Бұл құрал сіздің индукторлық мінез -құлқыңызды имитациялау үшін көптеген топологияларды қолдайды, бірақ бұл құрал тек Würth Electronik бөлшек нөмірлерін қолдайды. Бұл құралдың көмегімен біз индуктордағы температураның ток пен токқа қарсы индуктивтіліктің жоғалуын графиктерде көре аламыз. Ол төменде көрсетілгендей қарапайым енгізу параметрлерін қажет етеді.

• Кіріс кернеуі
• шығыс кернеуі
• ағымдағы шығыс
• ауысу жиілігі
• толқындық ток

Сілтеме келесі: REDEXPERT симуляторы

5 -қадам: Біздің қажеттілік маңызды

Шығу мәндерін есептеу

Шығу кернеуін есептеу өте қарапайым, тек келесі теңдеу арқылы анықталатын кернеу бөлгішті анықтау керек. Тек бізге R1 қажет және кернеудің шығуын анықтаймыз.

Vref = 0,8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

Төменде RT6214AHGJ6F көмегімен мысал келтірілген.

R2 = 10к

Дауыс = 5.

Vref = 0,8.

R1 = 10к (5 - 0,8) / 0,8.

R1 = 52,5 мың

6 -қадам: Электрониканың керемет дизайнері үшін тамаша құрал

Өндірушінің құралдарын қолданыңыз

Мен Ричтек ұсынған модельдеу құралдарын қолдандым. Бұл ортада тұрақты ток талдауында, өтпелі анализде, іске қосудағы талдауда DC/DC түрлендіргішінің әрекетін көруге болады.

Нәтижелерді суреттерде, құжаттарда және бейне модельдеуде білуге болады.

7 -қадам: Біреуі екеуі жақсы

Eagle және Fusion 360 ішіндегі ПХД дизайны

ПХД конструкциясы Eagle 9.5.6 -де Fusion 360 -пен бірлесіп жасалған, мен конструкцияның шынайы көрінісін алу үшін 3D дизайнын ПХД дизайнымен синхрондадым.

Eagle CAD -те ПХД жасаудың маңызды нүктелері төменде көрсетілген.

• Кітапхана құру.
• Схемалық дизайн.
• ПХД дизайны немесе орналасу дизайны
• Нақты 2D көрінісін жасаңыз.
• 3D моделін құрылғыға макет дизайнында қосыңыз.
• Eagle PCB картасын Fusion 360 -қа синхрондаңыз.

Ескерту: Барлық маңызды нүктелер осы қадамның басында табылған суреттермен суреттелген.

Сіз бұл тізбекті GitLab репозиторийінен жүктей аласыз:

8 -қадам: Бір мәселе, бір шешім

Барлық айнымалыларды қарастыруға тырысыңыз

Ең қарапайымы ешқашан жақсы емес … Мен бұл туралы өз жобама 80ºС дейін қыздыру кезінде айттым. Иә, егер сізге салыстырмалы түрде жоғары шығыс тогы қажет болса, онда сызықты реттегіштерді қолданбаңыз, себебі олар көп қуатты таратады.

Менің проблемам … шығыс тогы. Шешім… DPAK пакетіндегі желілік кернеу реттегішін ауыстыру үшін тұрақты ток/түрлендіргішті қолданады.

Өйткені мен бұл Бак DPAK жобасын атадым

9 -қадам: Қорытынды

DC / DC түрлендіргіштері өте жоғары токтардағы кернеуді реттеуге арналған өте тиімді жүйелер болып табылады, бірақ төмен токтарда олар әдетте тиімділігі төмен, бірақ сызықтық реттегіштен кем емес.

Қазіргі уақытта өндірушілер оларды басқару мен қолдануды жеңілдеткендіктен, DC / DC түрлендіргішін жобалау өте оңай.