97% ефективен преобразувател на постоянен ток в постоянен ток [3A, регулируем]: 12 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Малка платка за преобразуване на DC в DC е полезна за много приложения, особено ако може да достави токове до 3A (2A непрекъснато без радиатор). В тази статия ще се научим да изграждаме малка, ефективна и евтина верига за преобразуване на долари.

[1]: Анализ на веригата

Фигура 1 показва схематичната диаграма на устройството. Основният компонент е понижаващият конвертор на MP2315.

Стъпка 1: Препратки

Източник на статията:

[2]:

[3]:

Стъпка 2: Фигура 1, Схематична диаграма на DC към DC преобразувател

Според информационния лист MP2315 [1]: „MP2315 е високочестотен синхронен ректифициран понижаващ превключвател на превключващ режим с вградени вътрешни захранващи MOSFET. Той предлага много компактно решение за постигане на 3A непрекъснат изходен ток в широк диапазон на захранване с отлично натоварване и регулиране на линията. MP2315 има синхронен режим на работа за по -висока ефективност в обхвата на натоварване на изходния ток. Работата в текущ режим осигурява бърз преходен отговор и улеснява стабилизирането на контура. Функциите за пълна защита включват OCP и термично изключване. " Ниският RDS (включен) позволява на този чип да се справи с високи токове.

C1 и C2 се използват за намаляване на шумовете на входното напрежение. R2, R4 и R5 изграждат път за обратна връзка към чипа. R2 е 200K многооборотен потенциометър за регулиране на изходното напрежение. L1 и C4 са основните елементи на конвертора на долари. L2, C5 и C7 правят допълнителен изходен LC филтър, който добавих за намаляване на шума и вълничките. Крайната честота на този филтър е около 1KHz. R6 ограничава потока на тока до щифта EN. Стойността R1 е зададена според листа с данни. R3 и C3 са свързани с началната верига и се определят съгласно листа с данни.

Фигура 2 показва графика на ефективност спрямо изходен ток. Най -високата ефективност за почти всички входни напрежения е постигната при около 1А.

Стъпка 3: Фигура 2, Ефективност срещу изходен ток

[2]: Разположение на печатни платки Фигура 3 показва проектираното оформление на печатни платки. Това е малка (2,1 см*2,6 см) двуслойна дъска.

Използвах библиотеките на компонентите SamacSys (Схематичен символ и печатна платка) за IC1 [2], защото тези библиотеки са безплатни и по -важното е, че следват индустриалните стандарти за IPC. Използвам софтуера Altium Designer CAD, затова използвах плъгина SamacSys Altium за директно инсталиране на библиотеките с компоненти [3]. Фигура 4 показва избраните компоненти. Можете също да търсите и инсталирате/използвате библиотеките на пасивните компоненти.

Стъпка 4: Фигура 3, Разположение на печатни платки на преобразувателя на DC към DC

Стъпка 5: Фигура 4, Избран компонент (IC1) От плъгина SamacSys Altium

Това е последната ревизия на печатната платка. Фигура 5 и фигура 6 показват 3D изгледи на печатната платка отгоре и отдолу.

Стъпка 6: Фигури 5 и 6, 3D изгледи на печатната платка (отгоре и отдолу)

[3]: Конструкция и тест Фигура 7 показва първия прототип (първа версия) на платката. ПХБ платката е произведена от PCBWay, която е висококачествена платка. Нямах никакъв проблем с запояването.

Както е ясно на фигура 8, аз промених някои части на веригата, за да постигна по -нисък шум, така че предоставената схема и печатна платка са най -новите версии.

Стъпка 7: Фигура 7, Първият прототип (по -стара версия) на Buck Converter

След запояване на компонентите, ние сме готови да тестваме веригата. Информационният лист казва, че можем да приложим напрежение от 4.5V до 24V към входа. Основните разлики между първия прототип (моята тествана платка) и последната печатна платка/схема са някои модификации в дизайна на печатната платка и разположението/стойностите на компонентите. За първия прототип изходният кондензатор е само 22uF-35V. Затова го смених с два 47uF SMD кондензатора (C5 и C7, 1210 пакета). Приложих същите модификации за входа и замених входния кондензатор с два 35V номинални кондензатора. Също така промених местоположението на изходния заглавка.

Тъй като максималното изходно напрежение е 21V и кондензаторите са номинални на 25V (керамични), тогава не трябва да има проблем с напрежението, но ако имате притеснения относно номиналното напрежение на кондензаторите, просто намалете техните стойности на капацитет до 22uF и увеличете номинално напрежение до 35V. Винаги можете да компенсирате това, като добавите допълнителни изходни кондензатори към вашата целева верига/товар. Дори можете да добавите 470uF или 1000uF кондензатор „външно“, защото няма достатъчно място на платката, за да побере някой от тях. Всъщност, като добавим още кондензатори, намаляваме граничната честота на крайния филтър, така че той да потисне повече шумове.

По -добре е да използвате кондензаторите паралелно. Например, използвайте две 470uF паралелно вместо една 1000uF. Помага за намаляване на общата стойност на ESR (правилото за паралелните резистори).

Сега нека разгледаме вълната на изхода и шума, като използваме нискошумен преден осцилоскоп като Siglent SDS1104X-E. Той може да измерва напрежения до 500uV/div, което е много хубава характеристика.

Запоявах конверторната платка, придружена с външен 470uF-35V кондензатор, върху малко парче прототипна платка „направи си сам“, за да тествам вълничките и шума (фигура 8)

Стъпка 8: Фигура 8, Конверторната платка на малка част от DIY прототипна платка (включително изходен кондензатор 470uF)

Когато входното напрежение е високо (24V) и изходното напрежение е ниско (например 5V), трябва да се генерира максимално вълнение и шум, тъй като разликата във входното и изходното напрежение е висока. Така че нека оборудваме сондата на осцилоскопа със заземяваща пружина и проверим изходния шум (фигура 9). От съществено значение е да използвате заземяващата пружина, тъй като заземителният проводник на сондата на осцилоскопа може да абсорбира много шумове от обикновения режим, особено при такива измервания.

Стъпка 9: Фигура 9, Замяна на заземяващия проводник на сондата със заземяваща пружина

Фигура 10 показва изходния шум, когато входът е 24V, а изходът е 5V. Трябва да се спомене, че изходът на преобразувателя е свободен и не е свързан с никакъв товар.

Стъпка 10: Фигура 10, Изходен шум от DC към DC преобразувател (вход = 24V, изход = 5V)

Сега нека тестваме изходния шум при най -ниската разлика на входно/изходно напрежение (0.8V). Настроих входното напрежение на 12V, а изходното на 11.2V (фигура 11).

Стъпка 11: Фигура 11, Изходен шум под най -ниската разлика на напрежението на входа/изхода (вход = 12V, изход = 11.2V)

Моля, обърнете внимание, че чрез увеличаване на изходния ток (добавяне на товар), изходният шум/пулсации се увеличава. Това е истинска история за всички захранвания или преобразуватели.

[4] Сметка за материалите

Фигура 12 показва основния материал на проекта.