97% tõhus alalisvoolust alalisvoolu muundur [3A, reguleeritav]: 12 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Pisike alalisvoolu -alalisvoolu muunduriplaat on kasulik paljudes rakendustes, eriti kui see võib anda voolu kuni 3A (2A pidevalt ilma jahutusradiaatorita). Selles artiklis õpime ehitama väikest, tõhusat ja odavat buck -muunduri vooluringi.

[1]: Vooluahela analüüs

Joonis 1 näitab seadme skemaatilist diagrammi. Põhikomponent on MP2315 astmeline buck-muundur.

Samm: viited

Artikli allikas:

[2]:

[3]:

2. etapp: Joonis 1, alalisvoolu ja alalisvoolu muunduri skemaatiline diagramm

Vastavalt MP2315 [1] andmelehele: „MP2315 on kõrgsageduslik sünkroonne alaldatud lülitusrežiimi muundur, millel on sisseehitatud sisemine toite MOSFET. See pakub väga kompaktset lahendust 3A pideva väljundvoolu saavutamiseks laias sisendtoitevahemikus, suurepärase koormuse ja liini reguleerimisega. MP2315 -l on sünkroonrežiim, mis tagab suurema efektiivsuse väljundvoolu koormusvahemikus. Praegune režiim tagab kiire ajutise reaktsiooni ja hõlbustab silmuse stabiliseerimist. Täielikud kaitsefunktsioonid hõlmavad OCP -d ja termilist väljalülitamist.” Madal RDS (sees) võimaldab sellel kiibil taluda suuri voolusid.

C1 ja C2 kasutatakse sisendpinge müra vähendamiseks. R2, R4 ja R5 loovad kiibile tagasiside tee. R2 on 200K mitme pöördega potentsiomeeter väljundpinge reguleerimiseks. L1 ja C4 on olulised buck -muunduri elemendid. L2, C5 ja C7 teevad lisaväljundi LC -filtri, mille lisasin müra ja pulsatsiooni vähendamiseks. Selle filtri väljalülitamissagedus on umbes 1KHz. R6 piirab voolu voolu EN -tihvti külge. R1 väärtus on määratud vastavalt andmelehele. R3 ja C3 on seotud alglaadimisahelaga ja määratakse vastavalt andmelehele.

Joonis 2 näitab efektiivsuse ja väljundvoolu graafikut. Suurim kasutegur peaaegu kõigi sisendpingete puhul on saavutatud umbes 1A juures.

Samm 3: Joonis 2, Efektiivsuse Vs väljundvool

[2]: PCB paigutusJoonisel 3 on näidatud PCB kujundus. See on väike (2,1 cm*2,6 cm) kahekihiline plaat.

IC1 jaoks kasutasin SamacSys komponenditeeke (skemaatiline sümbol ja PCB jalajälg) [2], kuna need teegid on tasuta ja mis veelgi olulisem, järgivad tööstusliku IPC standardeid. Kasutan tarkvara Altium Designer CAD, seega kasutasin komponenditeekide otse installimiseks SamacSys Altium pluginat [3]. Joonis 4 näitab valitud komponente. Saate otsida ja installida/kasutada ka passiivkomponentide teeke.

Samm 4: Joonis 3, alalisvoolust alalisvoolu muunduri trükkplaadi paigutus

Samm 5: Joonis 4, valitud komponent (IC1) SamacSys Altium Pluginist

See on PCB plaadi viimane versioon. Joonis 5 ja joonis 6 näitavad trükkplaadi 3D -vaateid ülalt ja alt.

6. samm: joonised 5 ja 6, trükkplaadi 3D -vaated (TOP ja Buttom)

[3]: Ehitus ja test Joonis 7 näitab plaadi esimest prototüüpi (esimene versioon). PCB plaadi on valmistanud PCBWay, mis on kvaliteetne plaat. Mul polnud jootmisega probleeme.

Nagu jooniselt 8 on selge, olen muutnud mõningaid vooluahela osi madalama müra saavutamiseks, seega on esitatud skeem ja trükkplaat uusimad versioonid.

Samm 7: Joonis 7, Buck Converteri esimene prototüüp (vanem versioon)

Pärast komponentide jootmist oleme valmis vooluringi testima. Andmeleht ütleb, et saame sisendile rakendada pinget 4,5 V kuni 24 V. Peamised erinevused esimese prototüübi (minu testitud plaat) ja viimase trükkplaadi/skeemi vahel on mõned PCB disaini ja komponentide paigutuse/väärtuste muudatused. Esimese prototüübi puhul on väljundkondensaator ainult 22uF-35V. Niisiis muutsin seda kahe 47uF SMD kondensaatoriga (C5 ja C7, 1210 pakki). Rakendasin sisendile samu muudatusi ja asendasin sisendkondensaatori kahe 35V nimivõimsusega kondensaatoriga. Samuti muutsin väljundi päise asukohta.

Kuna maksimaalne väljundpinge on 21 V ja kondensaatorite nimiväärtus on 25 V (keraamiline), ei tohiks pingekiirusega probleeme tekkida, kuid kui teil on kondensaatorite nimipinge pärast muret, vähendage lihtsalt nende mahtuvus 22 uF ja suurendage nimipinge kuni 35V. Saate seda alati kompenseerida, lisades oma sihtringile/koormusele täiendavaid väljundkondensaatoreid. Isegi teie saate lisada 470uF või 1000uF kondensaatori “väliselt”, kuna plaadil pole piisavalt ruumi ühegi neist mahutamiseks. Tegelikult vähendame kondensaatorite lisamisega lõpliku filtri väljalülitamissagedust, nii et see summutaks rohkem müra.

Parem on kasutada kondensaatoreid paralleelselt. Näiteks kasutage ühe 1000uF asemel paralleelselt kahte 470uF. See aitab vähendada ESR -i koguväärtust (paralleelsete takistite reegel).

Nüüd uurime väljundi pulsatsiooni ja müra, kasutades madala müratasemega esiostsilloskoopi, näiteks Siglent SDS1104X-E. See võib mõõta pinget kuni 500uV/div, mis on väga tore omadus.

Jootsin muundurplaadi koos välise 470uF-35V kondensaatoriga väikese DIY prototüüpplaadi tükile, et testida pulsatsiooni ja müra (joonis 8)

8. samm: joonis 8, muundurplaat väikese tüki DIY prototüüpplaadil (sealhulgas 470uF väljundkondensaator)

Kui sisendpinge on kõrge (24 V) ja väljundpinge on madal (näiteks 5 V), tuleks tekitada maksimaalne pulsatsioon ja müra, kuna sisend- ja väljundpinge erinevus on suur. Varustame ostsilloskoobi sondi maandusvedruga ja kontrollime väljundmüra (joonis 9). Maandusvedru kasutamine on hädavajalik, sest ostsilloskoobi sondi maandusjuhe suudab neelata palju ühisrežiimi müra, eriti sellistes mõõtmistes.

9. samm: Joonis 9, sondi maandusjuhtme asendamine maandusvedruga

Joonis 10 näitab väljundmüra, kui sisend on 24 V ja väljund on 5 V. Tuleb mainida, et muunduri väljund on vaba ja pole ühendatud ühegi koormusega.

10. samm: joonis 10, alalisvoolu alalisvoolu muunduri väljundmüra (sisend = 24V, väljund = 5V)

Nüüd katsetame väljundmüra madalaima sisend-/väljundpinge erinevuse (0,8 V) all. Seadsin sisendpingeks 12V ja väljundiks 11,2V (joonis 11).

11. samm: joonis 11, väljundmüra madalaima sisend-/väljundpinge erinevuse korral (sisend = 12 V, väljund = 11,2 V)

Pange tähele, et väljundvoolu suurendades (koormust lisades) suureneb väljundmüra/pulsatsioon. See on tõeline lugu kõigi toiteallikate või muundurite kohta.

[4] Materjalide arve

Joonisel 12 on näidatud projekti materjalide arve.