Натыйжалуулукту издөөдө: 9 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

"DPAK" өлчөмү боюнча BUCK Converter

Адатта, башталгыч дизайнер электрондук же хоббист бизге басылган схемада чыңалуу жөндөгүчүн же панельди керек кылат. Тилекке каршы, жөнөкөйлүк боюнча, биз линиялык чыңалуу жөндөгүчүн колдонобуз, бирок эч кандай жаман жери жок, анткени колдонмолорго көз каранды болуу маанилүү.

Мисалы, так аналогдук түзмөктөрдө (өлчөө жабдуулары сыяктуу) сызыктуу чыңалуу жөндөгүчтү колдонушат (ызы -чуу көйгөйлөрүн азайтуу үчүн). Бирок электрдик электр лампалары сыяктуу түзмөктөр, же сызыктуу жөндөгүчтөрдүн этаптарын алдын ала жөнгө салуу (эффективдүүлүктү жогорулатуу үчүн) DC/DC BUCK конвертеринин чыңалуу жөндөгүчүн негизги камсыздоо катары колдонгону жакшы, анткени бул түзмөктөр линиялык жөнгө салгычтан жакшыраак. жогорку ток чыгарууда же катуу жүктөөдө.

Дагы бир жарашыктуу эмес, бирок ылдамыраак - бул DC / DC конвертерлерин даяр модулдарда колдонуу жана аларды биздин басылган схеманын үстүнө кошуу, бирок бул схеманы бир топ чоңойтот.

Мен хоббистке же электрониканы баштоочуга сунуш кылган чечим DC/DC BUCK модулун колдонот, ал жер үстүндөгү модуль, бирок мейкиндикти үнөмдөйт.

Жабдуулар

• 1 Бак которгуч 3A --- RT6214.
• 1 индуктор 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 Конденсатор 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 Конденсатор 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 Конденсатор 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 Резистор 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 Резистор 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

1 -кадам: Мыкты айдоочуну тандоо

DC/DC BUCK Converter тандоо

DC/DC Buck конвертерин иштеп чыгуунун биринчи кадамы биздин колдонмо үчүн эң жакшы чечимди табуу. Чечимди тезирээк алмаштыруу контроллерин колдонуунун ордуна коммутатордук жөндөгүчтү колдонуу керек.

Бул эки тандоонун ортосундагы айырма төмөндө көрсөтүлгөн.

Которууну жөнгө салуучу

1. Көп учурда алар монолиттүү.
2. Эффективдүүлүк жакшыраак.
3. Алар өтө жогорку агымдарды колдобойт.
4. Алар турукташтырууга оңой (Бир гана райондук RC талап кылынат).
5. Колдонуучу схеманы түзүү үчүн DC/DC конвертери жөнүндө көп билимге муктаж эмес.
6. Белгилүү бир топологияда гана иштөө үчүн алдын ала конфигурацияланган.
7. Акыркы баасы төмөн.

Төмөндө Коммутатор жөнгө салуучу мисалды көрсөтүңүз [Бул кадамдагы биринчи сүрөт].

Которуштуруучу контролер

1. MOSFET жана диоддор сыяктуу көптөгөн тышкы компоненттерди талап кылат.
2. Алар татаалыраак жана колдонуучуга схеманы түзүү үчүн DC/DC конвертери жөнүндө көбүрөөк маалымат керек.
3. Алар дагы топологияларды колдоно алышат.
4. Абдан жогорку чыгаруу агымын колдоо.
5. Акыркы баасы жогору.

Төмөндө коммутатордун типтүү тиркемесин көрсөтүү [Бул кадамдагы экинчи сүрөт]

• Төмөнкү ойлорду эске алуу менен.

  1. Баасы.
  2. Космос [Кубаттын чыгышы буга көз каранды].
  3. Power чыгаруу.
  4. Натыйжалуулук.
  5. Татаалдык.

Бул учурда, мен Richtek RT6214 [A үзгүлтүксүз режими үчүн, оор жүк үчүн жакшыраак, ал эми В варианты, ал үзгүлтүксүз режимде иштейт, ал жеңил жүктөө үчүн жакшы жана аз чыгуучу токтордо эффективдүүлүктү жогорулатат] бул DC /DC Buck Converter монолиттүү [жана ушундан улам бизге Power MOSFETs жана Schottky диоддору сыяктуу тышкы компоненттердин кереги жок, анткени конвертерде MOSFET өчүргүчтөрү жана диод сыяктуу иштеген башка MOSFET бар].

Кененирээк маалыматты төмөнкү шилтемелерден тапса болот: Buck_converter_guide, Buck Converter топологияларын салыштыруу, Buck Converter тандоо критерийлери

2 -кадам: индуктор DC/DC конвертеринде сиздин эң мыкты өнөктөшүңүз

Индукторду түшүнүү [Маалыматтар барагын талдоо]

Менин схемамдагы мейкиндикти эске алганда, мен ECS-MPI4040R4-4R7-Rди колдоном, 4.7uH, номиналдуу ток 2.9A, жана каныккан ток 3.9A жана DC каршылыгы 67м Ом.

Номиналдуу ток

Номиналдуу ток - бул индуктор индуктивдүүлүк сыяктуу касиеттерин жоготпогон жана айлана -чөйрөнүн температурасын жогорулатпаган учурдагы мааниси.

Каныккан ток

Индуктордогу каныктыруу тогу - бул индуктор касиеттерин жоготкон жана магнит талаасында энергияны сактоо үчүн иштебеген учурдагы мааниси.

Өлчөмү Каршылыкка каршы

Анын кадимки жүрүм -туруму, мейкиндик жана каршылык бири -бирине көз каранды, анткени муктаждык мейкиндикти үнөмдөйт, биз магниттик зымдагы AWG маанисин азайтуу менен мейкиндикти үнөмдөшүбүз керек жана эгер мен каршылыкты жоготкум келсе, магниттик зымдагы AWG маанисин жогорулатуум керек.

Өзүн-өзү резонанстык жыштык

Өзүн-өзү резонанстык жыштыкка которулуу жыштыгы индуктивдүүлүктү жокко чыгарганда жана паразиттик сыйымдуулук азыр гана бар болгондо жетишилет. Көптөгөн өндүрүүчүлөр өздүк резонанстык жыштыктан кеминде он жыл бою которулуу жыштыгын сактоону сунушташкан. Мисалы

Өз алдынча резонанстык жыштык = 10MHz.

f-которулуу = 1МГц.

Декада = журнал [10 -база] (Өздүк резонанстык жыштык / f - которулуу)

Декада = журнал [база 10] (10МГц / 1МГц)

Декада = 1

Эгерде сиз индукторлор жөнүндө көбүрөөк билгиңиз келсе, төмөнкү шилтемелерди текшериңиз: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

3 -кадам: Индуктор - бул жүрөк

Идеалдуу индукторду тандоо

Индуктор DC / DC конвертерлеринин жүрөгү, андыктан чыңалуу жөндөгүчүнүн жакшы иштешине жетишүү үчүн төмөнкү пункттарды эске алуу өтө маанилүү.

Чыгуучу токтун чыңалуусу, номиналдык ток, каныккандык жана толкундуу ток

Бул учурда, өндүрүүчү идеалдуу индукторду толкун токуна, чыңалууга, чыңалууга, которуу жыштыгына ылайык эсептөө үчүн теңдемелерди берет. Теңдеме төмөндө көрсөтүлгөн.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-switching x ripple current.

Ripple ток = Vout (Vin-Vout) / Vin х f-которулуу x L.

IL (чокусу) = Iout (Max) + толкун агымы / 2.

Менин индукторума толкун агымынын теңдемесин колдонуу [Маанилер мурунку кадамда] натыйжалары төмөндө көрсөтүлөт.

Vin = 9V.

Vout = 5V.

f-которулуу = 500 кГц.

L = 4.7uH.

Iout = 1.5A.

Идеалдуу толкун агымы = 1.5A * 50%

Идеалдуу толкун ток = 0.750A

Ripple учурдагы = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

Ripple ток = 0.95A*

IL (чокусу) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (чокусу) = 1.975A **

*Чыгуу агымын 20% га жакын 50% га жакын колдонуу сунушталат. Бирок бул жалпы эреже эмес, анткени ал жөнгө салуучунун жооп берүү убактысына көз каранды. Бизге тез убакытта жооп берүү керек болгондо, биз аз индуктивдүүлүктү колдонушубуз керек, анткени индуктордун заряддоо убактысы кыска жана бизге жай убакыт керек болгондо жогорку индуктивдүүлүктү колдонушубуз керек, анткени кубатталуу убактысы узун жана ушуну менен биз EMIди азайтабыз.

** Өндүрүүчү сунуштаган, коопсуз диапазонду сактоо үчүн түзмөктү колдогон өрөөндүн эң жогорку агымынан ашпайт. Бул учурда өрөөндүн максималдуу агымы 4,5А.

Бул баалуулуктарды төмөнкү шилтемеден сурасаңыз болот: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

4 -кадам: Келечек азыр

REDEXPERTти колдонуп, акча алмаштыргычыңыз үчүн эң жакшы индукторду тандаңыз

REDEXPERT - бул сиздин индикаторуңуздун эң жакшы индуктору экенин билгиңиз келсе, эң сонун инструмент, тездеткич, сепикалык конвертер, ж.б. Бул куралда биз температуранын өсүшүн токко жана индуктордогу индуктивдүүлүктүн жоготууларын графиктерде көрө алабыз. Ал төмөндө көрсөтүлгөндөй жөнөкөй киргизүү параметрлерине муктаж.

• Киргизүү чыңалуусу
• чыгаруу чыңалуусу
• учурдагы чыгаруу
• которуштуруу жыштыгы
• толкун агымы

Шилтеме кийинки: REDEXPERT Simulator

5 -кадам: Биздин муктаждык маанилүү

Чыгуучу баалуулуктарды эсептөө

Чыгуу чыңалуусун эсептөө абдан жөнөкөй, биз жөн гана төмөнкү теңдеме менен аныкталган чыңалуу бөлүштүргүчүн аныкташыбыз керек. Бир гана бизге R1 керек жана чыңалууну аныктайбыз.

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

RT6214AHGJ6F колдонуу менен мисал төмөндө көрсөтүлгөн.

R2 = 10k.

Vout = 5.

Vref = 0.8.

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

R1 = 52,5к

6 -кадам: Улуу Электроника Дизайнери үчүн Улуу Курал

Өндүрүүчүнүн куралдарын колдонуңуз

Мен Richtek тарабынан берилген симуляция куралдарын колдондум. Бул чөйрөдө сиз DC/DC конвертеринин жүрүм-турумун туруктуу абалда талдоодо, убактылуу анализде, баштоо талдоосунда көрө аласыз.

Жыйынтыгын сүрөттөрдөн, документтерден жана видео симуляциядан сурасаңыз болот.

7 -кадам: Бирөө экиден жакшы

Eagle жана Fusion 360дагы PCB дизайны

ПХБ дизайны Eagle 9.5.6да Fusion 360 менен биргеликте жасалат, мен 3D дизайнын ПХБ дизайны менен синхрондоштурам, чынында контур дизайнын көрөм.

Eagle CADда ПХБ түзүү үчүн маанилүү пункттардын астында көрсөтүлгөн.

• Китепкана түзүү.
• Схемалык дизайн.
• PCB дизайны же Макет дизайны
• Чыныгы 2D көрүнүштү жаратыңыз.
• Макет дизайнында түзмөккө 3D моделин кошуңуз.
• Eagle PCB менен Fusion 360ты синхрондоштуруңуз.

Эскертүү: Бардык маанилүү пункт бул кадамдын башында тапкан сүрөттөр менен сүрөттөлгөн.

Сиз бул схеманы GitLab репозиторийине жүктөп алсаңыз болот:

8 -кадам: Бир маселе, бир чечим

Ар дайым бардык өзгөрмөлөрдү карап көрүңүз

Эң жөнөкөйү эч качан жакшыраак эмес … Мен муну долбоорум 80ºCге чейин жылытканда айткам. Ооба, эгер сизге салыштырмалуу жогорку чыгуучу ток керек болсо, анда сызыктуу жөнгө салуучуларды колдонбоңуз, анткени алар көп күчтү таркатышат.

Менин көйгөйүм … чыгыш агымы. Чечим… DPAK топтомундагы сызыктуу чыңалуу жөндөгүчүн алмаштыруу үчүн DC/DC конвертерин колдонот.

Анткени бул мен Бак DPAK долбоорун атадым

9 -кадам: Жыйынтык

DC / DC конвертерлери өтө жогорку токтордо чыңалууну жөнгө салуу үчүн абдан эффективдүү системалар, бирок аз агымдарда алар жалпысынан анча натыйжалуу эмес, бирок линиялык жөндөгүчкө караганда азыраак натыйжалуу.

Бүгүнкү күндө өндүрүүчүлөр аларды көзөмөлдөө жана колдонууну жеңилдеткендиктен, DC / DC конвертерин долбоорлоо өтө оңой.