97% тиімді DC DC Бак конвертері [3A, реттелетін]: 12 қадам

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

Кішкене тұрақты ток пен тұрақты токты түрлендіргіш тақтасы көптеген қосымшалар үшін пайдалы, әсіресе егер ол 3А дейін токтарды жеткізе алса (2А үздіксіз радиаторсыз). Бұл мақалада біз шағын, тиімді және арзан конвертерлік схеманы құруды үйренеміз.

[1]: тізбекті талдау

1 -суретте құрылғының схемасы көрсетілген. Негізгі компонент-MP2315 төмендеткіш бак түрлендіргіші.

1 -қадам: Әдебиеттер

Мақала көзі: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B… [1]:

[2]:

[3]:

2 -қадам: 1 -сурет, тұрақты токтан тұрақты ток түрлендіргішінің схемасы

MP2315 [1] мәліметтер кестесіне сәйкес: «MP2315-бұл жоғары жиілікті синхронды түзетілген, төмендетілген ішкі қуат MOSFET қондырғысы бар конвертер. Ол жүктеменің және желінің тамаша реттелуімен кірудің кең ауқымында 3А үздіксіз шығыс токына жету үшін өте ықшам шешімді ұсынады. MP2315 шығыс ток жүктемесінің диапазонында жоғары тиімділік үшін синхронды режимде жұмыс істейді. Ағымдағы режимнің жұмысы жылдам өтпелі реакцияны қамтамасыз етеді және цикл тұрақтылығын жеңілдетеді. Толық қорғаныс мүмкіндіктеріне OCP және термиялық өшіру кіреді. » Төмен RDS (қосулы) бұл чипке жоғары токтарды басқаруға мүмкіндік береді.

С1 және С2 кіріс кернеуінің шуын азайту үшін қолданылады. R2, R4 және R5 чипке кері байланыс жолын құрады. R2 - шығыс кернеуін реттеу үшін 200К көп айналымды потенциометр. L1 және C4 - конверсияның маңызды элементтері. L2, C5 және C7 шуды азайту үшін мен қосқан қосымша LC сүзгісін жасайды. Бұл сүзгінің ажырату жиілігі шамамен 1 кГц құрайды. R6 ток шығынын EN штырына шектейді. R1 мәні мәліметтер кестесіне сәйкес орнатылды. R3 және C3 жүктеу тізбегімен байланысты және деректер кестесіне сәйкес анықталады.

2 -суретте өнімділікке қарсы шығыс токының графигі көрсетілген. Барлық кіріс кернеулерінің ең жоғары тиімділігі шамамен 1А шамасында қол жеткізілді.

3 -қадам: 2 -сурет, тиімділік пен шығыс тогы

[2]: PCB LayoutFigure 3 ПХД макетін көрсетеді. Бұл кішкентай (2,1 см*2,6 см) екі қабатты тақта.

Мен IC1 үшін SamacSys компоненттік кітапханаларын (схемалық таңба және ПХД ізі) қолдандым [2], себебі бұл кітапханалар ақысыз және одан да маңызды, олар IPC өнеркәсіптік стандарттарына сәйкес келеді. Мен Altium Designer CAD бағдарламалық жасақтамасын қолданамын, сондықтан компоненттер кітапханасын тікелей орнату үшін SamacSys Altium плагинін қолдандым [3]. 4 -суретте таңдалған компоненттер көрсетілген. Пассивті компоненттер кітапханаларын іздеуге және орнатуға/пайдалануға болады.

4 -қадам: 3 -сурет, тұрақты токтан тұрақты токтың түрлендіргішінің ПХД орналасуы

5 -қадам: SamacSys Altium плагинінен 4 -сурет, таңдалған компонент (IC1)

Бұл ПХД тақтасының соңғы нұсқасы. 5 -сурет пен 6 -суретте ПХД тақтасының жоғарыдан және төменнен 3D көрінісі көрсетілген.

6 -қадам: 5 пен 6 -сурет, ПХД тақтасының 3D көрінісі (жоғарғы және төменгі)

[3]: Құрылыс және TestFigure 7 тақтаның бірінші прототипін (бірінші нұсқа) көрсетеді. ПХД тақтасы жоғары сапалы тақта болып табылатын PCBWay арқылы жасалған. Менде дәнекерлеуде ешқандай проблема болған жоқ.

8 -суретте анық көрсетілгендей, мен төмен шуылға жету үшін тізбектің кейбір бөліктерін өзгерттім, сондықтан берілген схема мен ПХД соңғы нұсқалар болып табылады.

7 -қадам: 7 -сурет, Бак конвертерінің бірінші прототипі (ескі нұсқасы)

Компоненттерді дәнекерлегеннен кейін біз тізбекті тексеруге дайынбыз. Деректер кестесінде кіруге 4,5 В -тан 24 В -қа дейінгі кернеуді қолдануға болатындығы айтылады. Бірінші прототиптен (менің сыналған тақтамен) және соңғы ПХД/Схемадан негізгі айырмашылықтар ПХД дизайнындағы және компоненттердің орналасуындағы/мәніндегі кейбір өзгерістер болып табылады. Бірінші прототип үшін шығыс конденсаторы тек 22uF-35V құрайды. Мен оны екі 47uF SMD конденсаторымен ауыстырдым (C5 және C7, 1210 пакеттері). Мен кіріс үшін бірдей модификацияларды қолдандым және кіріс конденсаторын 35 В номиналды екі конденсаторға ауыстырдым. Сонымен қатар, мен шығыс тақырыбының орнын өзгерттім.

Максималды шығыс кернеуі 21В және конденсаторлар 25В (керамикалық) деп есептелгендіктен, кернеу жылдамдығының проблемасы болмауы керек, алайда, егер сізде конденсаторлардың номиналды кернеулеріне қатысты алаңдаушылық болса, олардың сыйымдылық мәндерін 22uF дейін төмендетіп, номиналды кернеулер 35 В дейін. Сіз мұны әрқашан мақсатты тізбекке/жүктемеге қосымша шығыс конденсаторларын қосу арқылы өтей аласыз. Тіпті 470uF немесе 1000uF конденсаторды «сыртынан» қосуға болады, себебі олардың біреуіне сәйкес келетін тақтада бос орын жоқ. Шындығында, конденсаторларды көбірек қосу арқылы біз соңғы фильтрдің үзілу жиілігін төмендетеміз, осылайша ол көбірек шуды басады.

Конденсаторларды параллель қолданған дұрыс. Мысалы, бір 1000uF орнына параллель екі 470uF пайдаланыңыз. Бұл жалпы ESR мәнін төмендетуге көмектеседі (параллель резисторлар ережесі).

Енді Siglent SDS1104X-E сияқты төменгі шуылдың алдыңғы осциллографын қолдана отырып, шығыс толқыны мен шуды тексерейік. Ол кернеуді 500 вольт/ди дейін өлшей алады, бұл өте жақсы мүмкіндік.

Мен конверторлық тақтаны 470uF-35V сыртқы конденсаторымен бірге, прототип тақтасының кішкене бөлігінде толқын мен шуды тексеру үшін дәнекерледім (8-сурет)

8 -қадам: 8 -сурет, DIY прототиптік тақтасының кішкене бөлігіндегі түрлендіргіш тақтасы (470uF шығыс конденсаторын қоса)

Кіріс кернеуі жоғары (24В) және шығыс кернеуі төмен болғанда (мысалы, 5В), кіріс пен шығыс кернеуінің айырмашылығы жоғары болғандықтан максималды толқын мен шу шығарылуы керек. Осциллограф зондын жер серіппесімен жабдықтап, шығыс шуын тексерейік (9-сурет). Жер серіппесін қолдану өте маңызды, өйткені осциллографтың зондының жерге қосылатын сымы, әсіресе, мұндай өлшемдерде, көпшілік режимдегі көптеген дыбыстарды қабылдай алады.

9-қадам: 9-сурет, зондтың жерге қосылатын сымын жер серіппесіне ауыстыру

10 -суретте кіріс 24В, шығыс 5В болғанда шығыс шуы көрсетілген. Айта кету керек, конвертердің шығысы ақысыз және ешқандай жүктемеге қосылмаған.

10 -қадам: 10 -сурет, тұрақты токтың түрлендіргіштен шығыс шуы (кіріс = 24В, шығыс = 5В)

Енді шығыс шуын ең төменгі кіріс/шығыс кернеуінің айырмашылығында (0,8 В) тексерейік. Мен кіріс кернеуін 12В, ал шығуды 11.2В деңгейіне қойдым (11 -сурет).

11 -қадам: 11 -сурет, ең төменгі кіріс/шығыс кернеуінің айырмашылығы кезінде шығатын шу (кіріс = 12 В, шығыс = 11,2 В)

Назар аударыңыз, шығыс тогын ұлғайту арқылы (жүктемені қосу) шығыс шуы/толқуы артады. Бұл барлық қуат көздері немесе түрлендіргіштер үшін шынайы оқиға.

[4] Билл материалдар

12 -суретте жобаның материалдары көрсетілген.