Направи си сам високоефективен 5V изходен конвертор! 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:49

Исках ефективен начин за намаляване на по -високи напрежения от LiPo пакети (и други източници) до 5V за проекти за електроника. В миналото използвах общи модули от eBay, но съмнителният контрол на качеството и липсата на име електролитни кондензатори не ме изпълваха с увереност.

Така че реших, че ще направя свой собствен понижаващ конвертор, за да не само предизвикам себе си, но и да направя нещо полезно!

Това, което завърших, е доларов конвертор, който има много широк диапазон на входното напрежение (6V до 50V вход) и извежда 5V при ток на натоварване до 1A, всичко това в малък форм -фактор. Пиковата ефективност, която измерих, беше 94%, така че не само тази верига е малка, но и остава хладна.

Стъпка 1: Избор на Buck IC

Въпреки че със сигурност можете да направите доларов конвертор с шепа операционни усилватели и други поддържащи компоненти, ще получите по-добра производителност и със сигурност ще спестите много площ на печатни платки, ако вместо това изберете специална интегрална схема за конвертор на долари.

Можете да използвате функциите за търсене и филтриране на сайтове като DigiKey, Mouser и Farnell, за да намерите подходяща ИС за вашите нужди. На горната снимка можете да видите обезсърчаващите 16, 453 части се стесняват до 12 опции само с няколко кликвания!

Отидох с MAX17502F в мъничка опаковка 3 мм x 2 мм, но малко по -голяма опаковка вероятно би била по -добра, ако планирате ръчно запояване на компонентите. Тази интегрална схема има много функции, най -забележителните от които са големият входен обхват до 60V* и вътрешните захранващи транзистори, което означава, че не са необходими външни MOSFET или диоди.

*Обърнете внимание, че в интрото заявих, че е 50V вход, но частта може да се справи с 60V? Това се дължи на входните кондензатори и ако имате нужда от 60V вход, веригата може да бъде модифицирана така, че да отговаря.

Стъпка 2: Проверете листа с данни на избраната от вас IC

По -често в таблицата с данни ще има това, което се нарича „Типична схема на приложение“, което ще бъде много подобно на това, което се опитвате да постигнете. Това беше вярно за моя случай и въпреки че човек може просто да копира стойностите на компонентите и да го нарече свършен, бих препоръчал да се спазва процедурата за проектиране (ако е предвидена).

Ето листа с данни на MAX17502F:

Започвайки на страница 12 има около дузина много прости уравнения, които могат да ви помогнат да изберете по -подходящи стойности на компонентите и също така да ви помогнат да предоставите подробности за някои от праговите стойности - като минималната стойност на индуктивността.

Стъпка 3: Изберете компоненти за вашата верига

Чакай, мислех, че вече сме свършили тази част? Е, предишната част беше да намерим идеалните стойности на компонентите, но в реалния свят трябва да се задоволим с неидеалните компоненти и предупрежденията, които идват с тях.

Като пример, многослойните керамични кондензатори (MLCCs) се използват за входни и изходни кондензатори. MLCC имат много предимства пред електролитни кондензатори - особено в DC/DC преобразуватели - но те са обект на нещо, наречено DC Bias.

Когато към MLCC се приложи DC напрежение, капацитетът може да спадне с до 60%! Това означава, че вашият 10 μF кондензатор сега е само 4 μF при определено DC напрежение. Не ми вярвате? Разгледайте уебсайта на TDK и превъртете надолу за характерни данни за този 10 μF кондензатор.

Лесно решение за този тип проблеми е просто, просто използвайте повече MLCC паралелно. Това също помага да се намали вълнението на напрежението, тъй като ESR е намалено и е много често срещано в търговските продукти, които трябва да отговарят на строгите спецификации за регулиране на напрежението.

В горните изображения има схематичен и съответстващ списък на материалите (BOM) от MAX17502F Evaluation Kit, така че ако не можете да намерите добър избор на компонент, продължете с изпитания пример:)

Стъпка 4: Попълване на схемата и PCB оформлението

С избраните от вас действителни компоненти е време да създадете схема, която улавя тези компоненти, за това избрах EasyEDA, тъй като съм го използвал преди с положителни резултати. Просто добавете компонентите си, като се уверите, че имат отпечатък с подходящ размер и свържете компонентите заедно, както преди типичната схема на приложение.

След като това приключи, щракнете върху бутона „Конвертиране в печатна платка“и ще бъдете пренасочени към раздела Оформление на печатната платка на инструмента. Не се притеснявайте, ако не сте сигурни в нещо, тъй като има много уроци онлайн за EasyEDA.

Разположението на печатни платки е много важно и може да направи разликата между работата на веригата или не. Силно бих посъветвал да следвате всички съвети за оформление в листа с данни на ИС, когато има такива. Analog Devices има страхотна бележка за приложение по темата за PCB Layout, ако някой се интересува:

Стъпка 5: Поръчайте вашите печатни платки

Сигурен съм, че повечето от вас в този момент са виждали промоционалните съобщения във видеоклипове в YouTube за JLCPCB и PCBway, така че не би трябвало да е изненада, че използвах и една от тези промоционални оферти. Поръчах моите печатни платки от JLCPCB и те пристигнаха малко повече от 2 седмици по -късно, така че само от парична гледна точка те са доста добри.

Що се отнася до качеството на печатните платки, нямам абсолютно никакви оплаквания, но вие можете да прецените това:)

Стъпка 6: Монтаж и тестване

Запаях на ръка всички компоненти върху празната печатна платка, което беше доста неудобно дори с допълнителното пространство, което оставих между компонентите, но има услуги за сглобяване от JLCPCB и други доставчици на печатни платки, които биха премахнали необходимостта от тази стъпка.

Включвайки захранване към входните клеми и измервайки изхода, бях посрещнат от 5.02V, както се вижда от DMM. След като проверих изхода на 5V в целия диапазон на напрежение, свързах електронен товар през изхода, който беше настроен на 1A токов разход.

Buck започна направо с този 1A ток на натоварване и когато измерих изходното напрежение (на дъската) беше на 5.01V, така че регулирането на натоварването беше много добро. Зададох входното напрежение на 12V, тъй като това беше един от случаите на употреба, които имах предвид за тази платка, и измерих входния ток като 0.476A. Това дава ефективност от приблизително 87,7%, но в идеалния случай бихте искали подход за изпитване с четири DMM за измервания на ефективността.

При 1A ток на натоварване забелязах, че ефективността е малко по -ниска от очакваното, смятам, че това се дължи на (I^2 * R) загуби в индуктора и в самата ИС. За да потвърдя това, зададох тока на натоварване наполовина и повторих горното измерване, за да постигна ефективност от 94%. Това означава, че чрез наполовина изходния ток загубите на мощност са намалени от ~ 615mW до ~ 300mW. Някои загуби ще бъдат неизбежни, като загуби при превключване вътре в ИС, както и ток на покой, така че все още съм много доволен от този резултат.

Стъпка 7: Включете персонализираната си печатна платка в някои проекти

Сега имате стабилно 5V 1A захранване, което може да се захранва от 2S до 11S литиева батерия или друг източник между 6V и 50V, няма нужда да се притеснявате как да захранвате вашите собствени проекти за електроника. Независимо дали става дума за микроконтролер или чисто аналогова схема, този малък доларов конвертор може да направи всичко!

Надявам се това пътуване да ви е харесало и ако сте стигнали дотук, много ви благодаря за четенето!