DIY visoko učinkovit 5V izhodni pretvornik !: 7 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Želel sem učinkovit način za znižanje višjih napetosti iz paketov LiPo (in drugih virov) na 5 V za elektronske projekte. V preteklosti sem uporabljal generične denarne module z eBaya, vendar me vprašljiva kontrola kakovosti in neimenovani elektrolitski kondenzatorji niso navdali z zaupanjem.

Zato sem se odločil, da bom naredil svoj lastni pretvornik, ki ne bo izzval le sebe, ampak tudi naredil nekaj uporabnega!

Kar sem končal, je pretvornik dolarjev, ki ima zelo širok razpon vhodne napetosti (vhod 6V do 50V) in oddaja 5V pri obremenitvenem toku do 1A, vse v majhnem faktorju. Največji izkoristek, ki sem ga izmeril, je bil 94%, zato to vezje ni samo majhno, ampak tudi ohlajeno.

1. korak: Izbira Buck IC

Čeprav lahko zagotovo naredite pretvornik dolarjev s peščico op-ojačevalnikov in drugih podpornih komponent, boste dobili boljše delovanje in zagotovo prihranili veliko površine tiskanega vezja, če namesto tega izberete namenski pretvornik pretvornika dolarjev.

S funkcijami iskanja in filtriranja na spletnih mestih, kot so DigiKey, Mouser in Farnell, lahko poiščete ustrezen IC za svoje potrebe. Na zgornji sliki lahko vidite zastrašujočih 16, 453 delov, ki se v samo nekaj kliki zožijo na 12 možnosti!

Z MAX17502F sem šel v majhnem paketu 3 mm x 2 mm, vendar bi bil nekoliko večji paket verjetno boljši, če načrtujete ročno spajkanje komponent. Ta IC ima veliko funkcij, med katerimi so najbolj opazne veliko vhodno območje do 60V* in notranji FET -ji, ki pomenijo, da zunanji MOSFET ali dioda niso potrebni.

*Upoštevajte, da sem v uvodu navedel, da je vhod 50V, a del lahko prenese 60V? To je posledica vhodnih kondenzatorjev in če potrebujete 60V vhod, lahko vezje prilagodite.

2. korak: Preverite podatkovni list izbrane IC

Pogosteje kot ne bo v podatkovnem listu prikazano tako imenovano "tipično vezje aplikacij", ki bo zelo podobno tistemu, kar poskušate doseči. To je veljalo v mojem primeru in čeprav bi lahko preprosto kopirali vrednosti komponent in to označili kot končano, bi priporočal, da sledite postopku oblikovanja (če je na voljo).

Tu je podatkovni list MAX17502F:

Na strani 12 obstaja približno ducat zelo preprostih enačb, ki vam lahko pomagajo pri izbiri primernejših vrednosti komponent, prav tako pa pomagajo podati podrobnosti o nekaterih pragovih vrednostih, na primer o najmanjši vrednosti induktivnosti.

3. korak: Izberite komponente za svoje vezje

Čakaj, sem mislil, da smo ta del že opravili? No, prejšnji del je bil najti idealne vrednosti komponent, v resničnem svetu pa se moramo zadovoljiti z neidealnimi komponentami in opozorili, ki prihajajo.

Na primer, večplastni keramični kondenzatorji (MLCC) se uporabljajo za vhodne in izhodne kondenzatorje. MLCC imajo veliko prednosti pred elektrolitskimi kondenzatorji - zlasti v DC/DC pretvornikih - vendar so predmet nečesa, kar se imenuje DC Bias.

Ko je na MLCC priključena enosmerna napetost, se lahko kapacitivnost zmanjša za do 60%! To pomeni, da je vaš 10µF kondenzator pri določeni enosmerni napetosti le 4 μF. Ne verjamete mi? Oglejte si spletno stran TDK in se pomaknite navzdol za značilne podatke za ta 10µF kondenzator.

Enostavno odpravljanje te vrste težav je preprosto, samo vzporedno uporabite več MLCC. To tudi pomaga zmanjšati valovanje napetosti, saj se ESR zmanjša, kar je zelo pogosto videti v komercialnih izdelkih, ki morajo izpolnjevati stroge specifikacije za regulacijo napetosti.

Na zgornjih slikah je shematična in ustrezna kosovnica materialov (BOM) iz ocenjevalnega kompleta MAX17502F, zato, če ne morete najti dobre izbire komponent, pojdite s preizkušenim primerom:)

4. korak: Napolnite shemo in postavitev tiskanega vezja

Ko ste izbrali vaše dejanske komponente, je čas, da ustvarite shemo, ki zajema te komponente, zato sem se odločil za EasyEDA, saj sem jo že uporabljal s pozitivnimi rezultati. Preprosto dodajte svoje komponente in se prepričajte, da imajo odtis prave velikosti, ter komponente povežite tako, kot je bilo običajno običajno vezje prej.

Ko je to končano, kliknite gumb "Pretvori v tiskano vezje" in preusmerjeni boste v razdelek Orodje za postavitev tiskanega vezja. Ne skrbite, če o čem niste prepričani, saj je na spletu veliko vadnic o EasyEDA.

Postavitev tiskanega vezja je zelo pomembna in lahko naredi razliko med delovanjem vezja ali ne. Močno priporočam, da upoštevate vse nasvete glede postavitve v podatkovnem listu IC, če so na voljo. Če koga zanima, Analog Devices ima odlično opombo o temi postavitve tiskanih vezij:

5. korak: Naročite svoje PCB -je

Prepričan sem, da ste na tem mestu večina od vas že videli promocijska sporočila v videoposnetkih YouTube za JLCPCB in PCBway, zato ne bi smelo biti presenečenje, da sem uporabil tudi eno od teh promocijskih ponudb. PCB sem naročil pri JLCPCB in prispeli so nekaj več kot 2 tedna kasneje, tako da so samo z denarnega vidika precej dobri.

Kar zadeva kakovost tiskanih vezij, nimam prav nobenih pritožb, vendar lahko sami presodite:)

Korak 6: Montaža in testiranje

Vse komponente sem ročno spajkal na prazno tiskano vezje, kar je bilo precej zapleteno tudi z dodatnim prostorom, ki sem ga pustil med komponentami, vendar obstajajo storitve montaže JLCPCB in drugih prodajalcev tiskanih vezij, ki bi odpravile potrebo po tem koraku.

Priključitev napajanja na vhodne sponke in merjenje izhoda me je pričakalo 5,02 V, kar je videl DMM. Ko sem preveril izhod 5V v celotnem območju napetosti, sem na izhod priključil elektronsko obremenitev, ki je bila nastavljena na 1A tok.

Buck se je zagnal naravnost navzgor s tem obremenitvenim tokom 1A in ko sem izmeril izhodno napetost (na plošči) je bila pri 5,01 V, zato je bila regulacija obremenitve zelo dobra. Vhodno napetost sem nastavil na 12V, saj je bil to eden od primerov uporabe, ki sem jih imel v mislih za to ploščo, in izmeril vhodni tok kot 0,476A. To daje učinkovitost približno 87,7%, v idealnem primeru pa bi za merjenje učinkovitosti želeli pristop s preskusom štirih DMM.

Pri obremenitvenem toku 1A sem opazil, da je učinkovitost nekoliko nižja od pričakovane, verjamem, da je to posledica (I^2 * R) izgub v induktorju in v sami IC. Za potrditev tega sem nastavil obremenitveni tok na polovico in ponovil zgornjo meritev, da dobim izkoristek 94%. To pomeni, da so se izgube moči s prepolovitvijo izhodnega toka zmanjšale s ~ 615mW na ~ 300mW. Nekaterim izgubam se ne bo mogoče izogniti, na primer izgube pri preklapljanju v vezju in mirujočem toku, zato sem s tem rezultatom še vedno zelo zadovoljen.

Korak 7: Vključite svoj PCB po meri v nekatere projekte

Zdaj imate stabilno napajanje 5V 1A, ki ga lahko napajate iz litijeve baterije 2S do 11S ali katerega koli drugega vira med 6V in 50V, zato vam ni treba skrbeti, kako napajati svoje lastne elektronske projekte. Naj gre za mikrokontroler ali čisto analogno vezje, ta mali pretvornik denarja zmore vse!

Upam, da ste uživali na tej poti in če ste prišli tako daleč, se vam najlepše zahvaljujem za branje!