97% učinkovit pretvornik enosmernega v enosmerni tok [3A, nastavljiv]: 12 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Majhna pretvorniška plošča za pretvornik enosmernega v enosmerni tok je uporabna za številne aplikacije, še posebej, če lahko oddaja tokove do 3 A (2 A neprekinjeno brez hladilnika). V tem članku se bomo naučili zgraditi majhno, učinkovito in poceni pretvorniško vezje.

[1]: Analiza vezja

Slika 1 prikazuje shematski diagram naprave. Glavna komponenta je nižji pretvornik denarja MP2315.

1. korak: Reference

Vir članka: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B…[1]:

[2]:

[3]:

2. korak: Slika 1, Shematski diagram pretvornika enosmernega toka v enosmerni tok

V skladu s podatkovnim listom MP2315 [1]: »MP2315 je visokofrekvenčni sinhroni popravljani preklopni pretvornik v nizkem načinu z vgrajenimi notranjimi napajalnimi MOSFET-i. Ponuja zelo kompaktno rešitev za dosego neprekinjenega izhodnega toka 3A v širokem vhodnem območju napajanja z odlično regulacijo obremenitve in vodov. MP2315 ima sinhrono delovanje za večjo učinkovitost v območju obremenitve izhodnega toka. Delovanje v trenutnem načinu omogoča hiter prehodni odziv in olajša stabilizacijo zanke. Popolne zaščitne funkcije vključujejo OCP in termično zaustavitev. " Nizek RDS (vklopljen) omogoča, da ta čip prenese visoke tokove.

C1 in C2 se uporabljata za zmanjšanje hrupov vhodne napetosti. R2, R4 in R5 gradijo povratno pot do čipa. R2 je 200K potencialni meter za nastavitev izhodne napetosti. L1 in C4 sta bistvena elementa pretvornika dolarjev. L2, C5 in C7 naredijo dodaten izhodni LC filter, ki sem ga dodal za zmanjšanje hrupa in valovanja. Mejna frekvenca tega filtra je okoli 1KHz. R6 omejuje pretok toka na EN pin. Vrednost R1 je nastavljena v skladu s podatkovnim listom. R3 in C3 sta povezana s zagonskim vezjem in določena v skladu s podatkovnim listom.

Slika 2 prikazuje grafikon učinkovitosti v primerjavi z izhodnim tokom. Največji izkoristek za skoraj vse vhodne napetosti je bil dosežen pri približno 1A.

Korak 3: Slika 2, Učinkovitost proti izhodnemu toku

[2]: Postavitev tiskanega vezja Slika 3 prikazuje načrtovano postavitev tiskanega vezja. To je majhna (2,1 cm*2,6 cm) dvoslojna plošča.

Knjižnice komponent SamacSys (simbol sheme in odtis PCB) sem uporabil za IC1 [2], ker so te knjižnice brezplačne in, kar je še pomembneje, sledijo industrijskim standardom IPC. Uporabljam programsko opremo CAD Altium Designer, zato sem za neposredno namestitev knjižnic komponent uporabil vtičnik SamacSys Altium [3]. Slika 4 prikazuje izbrane komponente. Iščete in nameščate/uporabljate lahko tudi knjižnice pasivnih komponent.

4. korak: Slika 3, postavitev tiskanega vezja pretvornika enosmernega v enosmerni tok

5. korak: Slika 4, Izbrana komponenta (IC1) iz vtičnika SamacSys Altium

To je zadnja revizija plošče PCB. Slika 5 in slika 6 prikazujeta 3D pogled na tiskano vezje od zgoraj in spodaj.

Korak 6: Slika 5 in 6, 3D pogledi PCB plošče (zgoraj in spodaj)

[3]: Konstrukcija in preskus Slika 7 prikazuje prvi prototip (prva različica) plošče. PCB ploščo je izdelala PCBWay, ki je kakovostna plošča. S spajkanjem nisem imel težav.

Kot je jasno na sliki 8, sem nekatere dele vezja spremenil, da bi dosegel manjši hrup, zato so priložena shema in tiskana vezja najnovejše različice.

7. korak: Slika 7, prvi prototip (starejša različica) pretvornika Buck

Po spajkanju komponent smo pripravljeni preizkusiti vezje. Podatkovni list pravi, da lahko na vhod vnesemo napetost od 4,5V do 24V. Glavne razlike med prvim prototipom (moja preizkušena plošča) in zadnjim tiskanim vezjem/shemo so nekatere spremembe v zasnovi tiskanega vezja in postavitvi/vrednosti komponent. Za prvi prototip je izhodni kondenzator le 22uF-35V. Zato sem ga zamenjal z dvema 47uF SMD kondenzatorjema (C5 in C7, paketi 1210). Iste spremembe sem uporabil za vhod in zamenjal vhodni kondenzator z dvema 35V kondenzatorjema. Prav tako sem spremenil lokacijo izhodne glave.

Ker je največja izhodna napetost 21 V in so kondenzatorji ocenjeni na 25 V (keramični), potem ne bi smelo biti težav z napetostjo, če pa imate pomisleke glede nazivne napetosti kondenzatorjev, preprosto zmanjšajte njihove kapacitivne vrednosti na 22 uF in povečajte nazivne napetosti do 35V. To lahko vedno kompenzirate z dodajanjem dodatnih izhodnih kondenzatorjev na ciljno vezje/obremenitev. Tudi kondenzator 470uF ali 1000uF lahko dodate "navzven", ker na plošči ni dovolj prostora za nobenega od njih. Pravzaprav z dodajanjem več kondenzatorjev zmanjšamo mejno frekvenco končnega filtra, tako da bi preprečil več hrupa.

Bolje je, da kondenzatorje uporabljate vzporedno. Na primer, uporabite dve 470uF vzporedno namesto enega 1000uF. Pomaga zmanjšati skupno vrednost ESR (pravilo vzporednih uporov).

Zdaj pa preučimo izhodno valovanje in šum z uporabo sprednjega osciloskopa z nizkim šumom, kot je Siglent SDS1104X-E. Lahko meri napetosti do 500uV/div, kar je zelo lepa lastnost.

Pretvorniško ploščo sem skupaj z zunanjim kondenzatorjem 470uF-35V spajkal na majhen košček prototipne plošče DIY, da preizkusim valovanje in hrup (slika 8)

8. korak: Slika 8, pretvorniška plošča na majhnem kosu DIY prototipne plošče (vključno z izhodnim kondenzatorjem 470uF)

Ko je vhodna napetost visoka (24 V) in izhodna napetost nizka (na primer 5 V), je treba ustvariti največjo valovanje in hrup, ker je razlika v vhodni in izhodni napetosti velika. Zato opremimo sondo osciloskopa z ozemljitveno vzmetjo in preverimo izhodni hrup (slika 9). Bistveno je uporabiti ozemljitveno vzmet, saj lahko ozemljitvena žica sonde osciloskopa absorbira veliko hrupov običajnega načina delovanja, zlasti pri takšnih meritvah.

9. korak: Slika 9, zamenjava ozemljitvene žice sonde z ozemljitveno vzmetjo

Slika 10 prikazuje izhodni šum, ko je vhod 24V in izhod 5V. Treba je omeniti, da je izhod pretvornika prost in ni priključen na nobeno obremenitev.

Korak 10: Slika 10, Izhodni šum pretvornika DC v DC (vhod = 24V, izhod = 5V)

Zdaj pa preizkusimo izhodni šum pri najnižji vhodno/izhodni napetostni razliki (0,8 V). Vhodno napetost sem nastavil na 12V, izhodno pa na 11.2V (slika 11).

Korak: Slika 11, Izhodni šum pod najnižjo razliko vhodne/izhodne napetosti (vhod = 12V, izhod = 11.2V)

Upoštevajte, da se s povečanjem izhodnega toka (dodajanje obremenitve) izhodni hrup/valovanje poveča. To je resnična zgodba za vse napajalnike ali pretvornike.

[4] Predmet gradiva

Slika 12 prikazuje projektni material.