Effektivlik axtarışında: 9 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:44

"DPAK" Ölçüsündə BUCK Dönüştürücü

Ümumiyyətlə, elektronika və ya hobbiçilərə yeni başlayanlar, çap lövhəsində və ya çörək taxtasında bir gərginlik tənzimləyicisinə ehtiyacımız var. Təəssüf ki, sadəliklə xətti bir gərginlik tənzimləyicisindən istifadə edirik, amma heç də pis deyil, çünki tətbiqlərdən asılıdır.

Məsələn, həssas analog cihazlarda (ölçü cihazları kimi) xətti bir gərginlik tənzimləyicisi (səs -küy problemlərini minimuma endirmək üçün) daha yaxşı istifadə olunur. Ancaq bir lampa LED və ya xətti tənzimləyicilər mərhələsi üçün əvvəlcədən tənzimləyici (səmərəliliyin artırılması üçün) kimi elektrik elektronika cihazlarında əsas təchizat olaraq DC/DC BUCK çevirici gərginlik tənzimləyicisini istifadə etmək daha yaxşıdır, çünki bu qurğular xətti tənzimləyicidən daha səmərəlidir. yüksək cərəyan çıxışlarında və ya ağır yüklənmədə.

O qədər də zərif olmayan, lakin sürətli olan başqa bir seçim, prefabrik modullarda DC / DC çeviricilərindən istifadə etmək və onları çap dövrəmizin üstünə əlavə etməkdir, lakin bu, lövhəni daha böyük edir.

Həvəskara və ya elektronikaya yeni başlayana təklif etdiyim həll, yerüstü qənaət edən, lakin qənaət edən bir modul olan DC/DC BUCK çeviricisini istifadə edir.

Təchizat

• 1 Buka keçid çeviricisi 3A --- RT6214.
• 1 İndüktör 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 Kondansatör 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 Kondansatör 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 Kondansatör 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 Rezistor 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 Rezistor 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

Addım 1: Ən Yaxşı Sürücünün Seçilməsi

DC/DC BUCK Dönüştürücüsünün seçilməsi

DC/DC Buck çeviricisini hazırlamaq üçün ilk addım tətbiqimiz üçün ən yaxşı həll yolunu tapmaqdır. Daha sürətli həll, bir keçid nəzarətçisi istifadə etmək əvəzinə bir keçid tənzimləyicisindən istifadə etməkdir.

Bu iki seçim arasındakı fərq aşağıda göstərilmişdir.

Keçid tənzimləyicisi

1. Çox vaxt monolitikdirlər.
2. Effektivlik daha yaxşıdır.
3. Çox yüksək çıxış axınlarını dəstəkləmirlər.
4. Sabitləşdirmək daha asandır (Yalnız bir dövrə RC tələb olunur).
5. İstifadəçinin dövrə dizaynını hazırlamaq üçün DC/DC çeviricisi haqqında çoxlu bilgiyə ehtiyacı yoxdur.
6. Yalnız müəyyən bir topologiyada işləmək üçün əvvəlcədən qurulmuşdur.
7. Son qiymət daha aşağıdır.

Aşağıda keçid tənzimləyicisi tərəfindən azaldılmış bir nümunə göstərin [Bu addımdakı ilk şəkil].

Kommutasiya nəzarətçisi

1. MOSFET və Diodlar kimi bir çox xarici komponent tələb olunur.
2. Daha mürəkkəbdirlər və istifadəçinin dövrə dizaynını hazırlamaq üçün DC/DC çeviricisi haqqında daha çox bilgiyə ehtiyacı var.
3. Daha çox topologiyadan istifadə edə bilərlər.
4. Çox yüksək çıxış cərəyanını dəstəkləyin.
5. Son qiymət daha yüksəkdir.

Aşağıda bir keçid nəzarətçisinin tipik bir tətbiq dövrəsini göstərin [Bu addımdakı ikinci şəkil]

• Aşağıdakı məqamları nəzərə alaraq.

  1. Qiymət.
  2. Məkan [Güc çıxışı bundan asılıdır].
  3. Güc çıxışı.
  4. Səmərəlilik.
  5. Mürəkkəblik.

Bu vəziyyətdə, Richtek RT6214 [A davamlı rejim üçün ağır yük üçün daha yaxşıdır və fasiləsiz rejimdə işləyən B variantı, yüngül yük üçün daha yaxşıdır və aşağı çıxış cərəyanlarında səmərəliliyi artırır] DC /DC Buck Converter monolitik [və buna görə də çeviricinin MOSFET açarları və Diode kimi işləyən digər MOSFET -lərə malik olması səbəbindən Power MOSFETs və Schottky diodları kimi heç bir xarici komponentə ehtiyacımız yoxdur].

Daha ətraflı məlumatı aşağıdakı linklərdə tapa bilərsiniz: Buck_converter_guide, Buck Converter Topologiyalarının Müqayisəsi, Buck Converter Seçim Kriteriyaları

Addım 2: İndüktör DC/DC Konverterində Ən Yaxşı Müttəfiqinizdir

İndüktoru anlamaq [Məlumat cədvəlinin təhlili]

Dövrəmdəki boşluğu nəzərə alaraq 4.7uH, nominal cərəyanı 2.9A, 3.9A və DC müqaviməti 67m ohm olan bir doyma cərəyanı olan ECS-MPI4040R4-4R7-R istifadə edirəm.

Nominal cərəyan

Nominal cərəyan, indüktörün endüktans kimi xüsusiyyətlərini itirmədiyi və ətraf mühit istiliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmadığı cari dəyərdir.

Doyma cərəyanı

İndüktordakı doyma cərəyanı, indüktörün xüsusiyyətlərini itirdiyi və enerjini maqnit sahəsində saxlamaq üçün işləmədiyi cari dəyərdir.

Ölçü və Müqavimət

Məkan və müqavimətin bir -birindən asılı olduğu normal davranışıdır, çünki ehtiyac yer saxlayırsa, mıknatıs telindəki AWG dəyərini azaldan yerdən qənaət etməliyik və müqavimət itirmək istəsəm, maqnit telindəki AWG dəyərini artırmalıyam.

Öz-özünə rezonans tezliyi

Öz-özünə rezonans tezliyi, keçid tezliyi indüktansı ləğv etdikdə və yalnız indi parazitar tutumda olduqda əldə edilir. Bir çox istehsalçı, keçid tezliyinin induktorun özünü rezonans tezliyindən ən azı on il aşağı saxlamağı tövsiyə edir. Misal üçün

Öz-özünə rezonans tezliyi = 10 MHz.

f keçid = 1 MHz.

Onillik = log [baz 10] (Self -Rezonans tezliyi / f - keçid)

Onillik = log [baz 10] (10MHz / 1MHz)

Onillik = 1

İndüktorlar haqqında daha çox bilmək istəyirsinizsə, aşağıdakı bağlantıları yoxlayın: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

Addım 3: İnduktor ürəkdir

İdeal İndüktör seçimi

İndüktör DC / DC çeviricilərinin ürəyidir, buna görə yaxşı bir gərginlik tənzimləyicisinin işinə nail olmaq üçün aşağıdakı məqamları nəzərə almaq çox vacibdir.

Tənzimləyicinin gərginliyi, nominal cərəyanı, doyma cərəyanı və dalğalanma cərəyanı

Bu vəziyyətdə, istehsalçı, dalğalanma cərəyanına, gərginlik çıxışına, gərginlik girişinə, keçid tezliyinə görə ideal indüktoru hesablamaq üçün tənliklər təqdim edir. Tənlik aşağıda göstərilmişdir.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-keçid x dalğalanma cərəyanı.

Dalğalanma cərəyanı = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-keçid x L.

IL (zirvə) = Iout (Maks) + dalğalanma cərəyanı / 2.

Dalğalanma cərəyanının tənliyini induktoruma tətbiq etmək [Dəyərlər əvvəlki addımdadır] nəticələr aşağıda göstəriləcəkdir.

Vin = 9V.

Vout = 5V.

f-keçid = 500kHz.

L = 4.7 uH.

Çıxış = 1.5A.

İdeal dalğalanma cərəyanı = 1.5A * 50%

İdeal dalğalanma cərəyanı = 0.750A

Dalğalanma cərəyanı = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

Dalğalanma cərəyanı = 0.95A*

IL (pik) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (pik) = 1.975A **

*Çıxış cərəyanının təxminən 20-50% -ə yaxın dalğalanma cərəyanının istifadəsi tövsiyə olunur. Ancaq bu ümumi bir qayda deyil, çünki keçid tənzimləyicisinin cavab müddətindən asılıdır. Sürətli bir reaksiyaya ehtiyac duyduğumuzda, indüktörün şarj müddəti qısa olduğu üçün aşağı bir endüktans istifadə etməliyik və yavaş bir zaman reaksiyasına ehtiyac duyduğumuz zaman yüksək bir endüktans istifadə etməliyik, çünki şarj müddəti uzundur və bununla EMI -ni azaldırıq.

** Tövsiyə olunan istehsalçı, təhlükəsiz bir sıra qorumaq üçün cihazı dəstəkləyən maksimum vadi cərəyanını aşmır. Bu halda maksimum vadi cərəyanı 4.5A -dır.

Bu dəyərlərə aşağıdakı linkdə baxıla bilər: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

Addım 4: Gələcək İndidir

Pul çeviriciniz üçün ən yaxşı indüktoru seçmək üçün REDEXPERT istifadə edin

REDEXPERT, pul çeviriciniz, təkmilləşdirici çevirici, sepik çeviriciniz və s. Üçün ən yaxşı indüktörün nə olduğunu bilmək lazım olduqda əla vasitədir. Bu vasitədə induktordakı cərəyana qarşı temperatur artımını və indüktansın cari ilə cari itkilərini qrafiklərdə görə bilərik. Yalnız aşağıda göstərildiyi kimi sadə giriş parametrlərinə ehtiyac var.

• Giriş gərginlikli
• çıxış gərginliyi
• cari çıxış
• keçid tezliyi
• dalğalanma cərəyanı

Bağlantı növbəti: REDEXPERT Simulator

Addım 5: Ehtiyacımız vacibdir

Çıxış dəyərlərinin hesablanması

Çıxış gərginliyini hesablamaq çox sadədir, yalnız aşağıdakı tənlik ilə təyin olunan bir gərginlik bölücüsünü təyin etməliyik. Yalnız bir R1 -ə ehtiyacımız var və bir gərginlik çıxışını təyin edirik.

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

Aşağıda bir RT6214AHGJ6F istifadə edərək bir nümunə göstərilmişdir.

R2 = 10k.

Vout = 5.

Vref = 0.8.

R1 = 10k (5 - 0.8) / 0.8.

R1 = 52.5k

Addım 6: Böyük bir Elektronik Dizayner üçün Böyük Alət

İstehsalçının vasitələrindən istifadə edin

Richtek tərəfindən verilən simulyasiya vasitələrindən istifadə etdim. Bu mühitdə, DC/DC çeviricisinin sabit vəziyyət analizində, keçid analizində, başlanğıc analizində davranışına baxa bilərsiniz.

Nəticələrə şəkillərdə, sənədlərdə və video simulyasiyasında baxıla bilər.

Addım 7: İkisi Birindən Yaxşıdır

Eagle və Fusion 360 -da PCB Dizaynı

PCB dizaynı, Eagle 9.5.6 -da Fusion 360 ilə birlikdə hazırlanmışdır və 3D dizaynını PCB dizaynı ilə sinxronlaşdırıram.

Eagle CAD -də bir PCB yaratmaq üçün vacib məqamların altında göstərilmişdir.

• Kitabxana yaratmaq.
• Şematik dizayn.
• PCB dizaynı və ya Layout dizaynı
• Real 2D görünüşü yaradın.
• Layihə dizaynında cihaza 3D model əlavə edin.
• Eagle PCB -ni Fusion 360 ilə sinxronizasiya edin.

Qeyd: Bütün vacib məqamlar bu addımın əvvəlində tapdığınız şəkillərlə izah olunur.

Bu dövrəni GitLab deposunda yükləyə bilərsiniz:

Adım 8: Bir problem, bir həll

Bütün dəyişənləri düşünməyə çalışın

Ən sadə heç yaxşı deyil … Layihəmin 80ºC -ə qədər istiləşdiyi zaman bunu özümə dedim. Bəli, nisbətən yüksək bir çıxış cərəyanına ehtiyacınız varsa, çox güc sərf etdikləri üçün xətti tənzimləyicilərdən istifadə etməyin.

Mənim problemim … çıxış cərəyanı. Həll… DPAK paketindəki xətti bir gərginlik tənzimləyicisini əvəz etmək üçün DC/DC çeviricisini istifadə edir.

Çünki bunu Buck DPAK layihəsi adlandırdım

Addım 9: Nəticə

DC / DC çeviriciləri çox yüksək cərəyanlardakı gərginliyi tənzimləmək üçün çox səmərəli sistemlərdir, lakin aşağı cərəyanlar ümumiyyətlə xətti tənzimləyicidən daha az səmərəli, lakin daha az təsirli olur.

İndiki vaxtda istehsalçıların idarə olunmasını və istifadəsini asanlaşdırdığından DC / DC çeviricisini dizayn etmək çox asandır.