DIY suure kasuteguriga 5 V väljundpinge muundur!: 7 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:45

Ma tahtsin tõhusat viisi elektroonikaprojektide jaoks LiPo pakettide (ja muude allikate) kõrgema pinge vähendamiseks 5 V -ni. Varem olen kasutanud eBay üldisi buck -mooduleid, kuid küsitav kvaliteedikontroll ja nimeta elektrolüütkondensaatorid ei täitnud mind enesekindlalt.

Niisiis, otsustasin, et teen oma astumismuunduri, et mitte ainult ennast proovile panna, vaid ka midagi kasulikku teha!

Lõppkokkuvõttes olen ma muundur, millel on väga lai sisendpingevahemik (6V kuni 50V sisend) ja mis väljastab 5V kuni 1A koormusvoolul, kõik väikeses vormis. Maksimaalne efektiivsus, mida ma mõõtsin, oli 94%, nii et see ahel pole mitte ainult väike, vaid ka jahe.

Samm: Buck IC valimine

Kuigi saate kindlasti teha käepidemete võimendite ja muude tugikomponentidega buck-muunduri, saate parema jõudluse ja säästate kindlasti palju PCB-alasid, kui valite selle asemel spetsiaalse buck-muunduri IC.

Saate kasutada otsingu- ja filtreerimisfunktsioone sellistel saitidel nagu DigiKey, Mouser ja Farnell, et leida oma vajadustele sobiv IC. Ülaltoodud pildil näete hirmutavat 16, 453 osa kitsendatakse vaid mõne klõpsuga 12 valikuni!

Ma läksin MAX17502F -ga pisikeses 3 mm x 2 mm pakendis, kuid ilmselt oleks pisut suurem pakend parem, kui plaanite komponentide käsitsi jootmist. Sellel IC -l on palju funktsioone, millest kõige tähelepanuväärsem on suur sisendvahemik kuni 60 V* ja sisemine toitekaugus FET, mis tähendab, et välist MOSFET -i või dioodi pole vaja.

*Pange tähele, et sissejuhatuses ütlesin, et see on 50 V sisend, kuid osa saab hakkama 60 V pingega? See on tingitud sisendkondensaatoritest ja kui vajate 60 V sisendit, saab vooluahelat vastavalt vajadusele muuta.

Samm: kontrollige valitud IC andmelehte

Sagedamini kuvatakse andmelehel nn tüüpiline rakendusring, mis on väga sarnane sellega, mida proovite saavutada. See kehtis minu juhtumi kohta ja kuigi võiks lihtsalt kopeerida komponentide väärtused ja nimetada need valmis, soovitaksin järgida projekteerimisprotseduuri (kui see on olemas).

Siin on MAX17502F andmeleht:

Alates leheküljest 12 on kümmekond väga lihtsat võrrandit, mis aitavad teil valida sobivamaid komponendi väärtusi, samuti aitab see anda üksikasju mõnede läviväärtuste kohta, näiteks minimaalse induktiivsuse väärtuse kohta.

Samm: valige oma vooluahela komponendid

Oot, ma arvasin, et oleme selle osa juba teinud? Noh, eelmine osa pidi leidma ideaalsed komponentide väärtused, kuid reaalses maailmas peame leppima mitteideaalsete komponentide ja sellega kaasnevate hoiatustega.

Näitena kasutatakse sisend- ja väljundkondensaatorite jaoks mitmekihilisi keraamilisi kondensaatoreid (MLCC). MLCC -del on elektrolüütkondensaatorite ees palju eeliseid - eriti alalisvoolu/alalisvoolu muundurites -, kuid nende suhtes kehtib alalispinge.

Kui MLCC -le rakendatakse alalispinget, võib mahtuvus väheneda kuni 60%! See tähendab, et teie 10 µF kondensaator on nüüd ainult 4 µF teatud alalispingel. Ei usu mind? Vaadake TDK veebisaiti ja kerige alla selle 10 µF kondensaatori iseloomulikke andmeid.

Seda tüüpi probleemide lihtne lahendus on lihtne, kasutage paralleelselt rohkem MLCC -d. See aitab vähendada ka pinge pulsatsiooni, kuna ESR on vähenenud ja seda on kommertstoodetes väga sageli näha, mis peavad vastama rangetele pinge reguleerimise spetsifikatsioonidele.

Ülaltoodud piltidel on skemaatiline ja vastav materjalide nimekiri (BOM) MAX17502F hindamiskomplektist, nii et kui te ei leia head komponendivalikut, siis kasutage proovitud näidet:)

4. samm: skemaatilise ja PCB paigutuse täitmine

Kui teie tegelikud komponendid on valitud, on aeg luua skeem, mis neid komponente jäädvustab, selleks valisin EasyEDA, kuna olen seda varem positiivsete tulemustega kasutanud. Lihtsalt lisage oma komponendid, veendudes, et neil on õige suurusega jalajälg, ja ühendage komponendid kokku nagu varem tüüpiline rakendusahel.

Kui see on lõpule jõudnud, klõpsake nuppu "Teisenda PCB -ks" ja teid suunatakse tööriista jaotisse PCB paigutus. Ärge muretsege, kui te pole milleski kindel, sest Internetis on EasyEDA kohta palju õpetusi.

PCB paigutus on väga oluline ja see võib muuta vooluahela toimimist või mitte. Soovitan tungivalt järgida kõiki IC -i andmelehe paigutusnõuandeid, kui need on saadaval. Analoogseadmetel on suurepärane rakendusmärkus PCB paigutuse teemal, kui kedagi huvitab:

Samm: tellige oma PCBd

Olen kindel, et enamik teist on sel hetkel näinud JLCPCB ja PCBway YouTube'i videote reklaamteateid, seega ei tohiks olla üllatav, et ka mina kasutasin ühte neist sooduspakkumistest. Tellisin oma PCBd JLCPCB -st ja need saabusid veidi üle 2 nädala hiljem, nii et rahalisest seisukohast on need üsna head.

Mis puutub trükkplaatide kvaliteeti, siis mul pole absoluutselt ühtegi kaebust, kuid selle üle saate otsustada:)

6. samm: kokkupanek ja testimine

Jootsin kõik komponendid käsitsi tühjale trükkplaadile, mis oli üsna vaevaline isegi komponentide vahele jäetud lisaruumi korral, kuid JLCPCB ja teised trükkplaatide müüjad pakuvad monteerimisteenuseid, mis kaotaksid selle sammu vajaduse.

Ühendades toite sisendklemmidega ja mõõtes väljundit, tervitas mind DMF -i poolt nähtud 5.02V. Kui olin kontrollinud 5V väljundit kogu pingevahemikus, ühendasin väljundi külge elektroonilise koormuse, mis oli reguleeritud 1A voolutugevusele.

Buck alustas otse selle 1A koormusvooluga ja kui ma mõõtsin väljundpinget (tahvli juures) oli see 5,01 V juures, seega oli koormuse reguleerimine väga hea. Seadsin sisendpingeks 12 V, kuna see oli üks selle plaadi kasutamisjuhtumeid, mida ma silmas pidasin, ja mõõtsin sisendvoolu väärtuseks 0,476A. See annab efektiivsuse ligikaudu 87,7%, kuid ideaaljuhul sooviksite efektiivsuse mõõtmiseks nelja DMM -i testimismeetodit.

1A koormusvoolu korral märkasin, et efektiivsus oli oodatust veidi madalam, usun, et see on tingitud (I^2 * R) kadudest induktiivpooli ja IC -s endas. Selle kinnitamiseks seadsin koormusvoolu pooleks ja kordasin ülaltoodud mõõtmist, et saada kasutegur 94%. See tähendab, et väljundvoolu poole võrra vähendades vähendati võimsuskadusid ~ 615 mW -lt ~ 300 mW -ni. Mõned kahjud on vältimatud, näiteks lülituskaod IC sees ja vaikne vool, seega olen selle tulemusega endiselt väga rahul.

Samm: kaasake oma kohandatud trükkplaat mõnda projekti

Nüüd on teil stabiilne 5V 1A toide, mida saab toita 2S kuni 11S liitiumakust või mis tahes muust allikast vahemikus 6V kuni 50V, pole vaja muretseda, kuidas oma elektroonikaprojekte toita. Olgu see mikrokontrolleripõhine või puhtalt analoogskeem, see väike raha muundur saab kõigega hakkama!

Loodan, et teile meeldis see teekond ja kui olete nii kaugele jõudnud, tänan teid väga lugemise eest!