DIY با کارایی بالا 5V تبدیل خروجی Buck !: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

من می خواستم راهی کارآمد برای کاهش ولتاژهای بالاتر از بسته های LiPo (و منابع دیگر) تا 5 ولت برای پروژه های الکترونیکی داشته باشم. در گذشته من از ماژول های عمومی باک از eBay استفاده می کردم ، اما کنترل کیفیت مشکوک و هیچ نام خازن الکترولیتی اعتماد به نفس من را جلب نکرد.

بنابراین ، من تصمیم گرفتم که مبدل خودکشی خود را بسازم تا نه تنها خودم را به چالش بکشم ، بلکه چیزی مفید هم بسازم!

چیزی که من به پایان رساند یک مبدل باک است که دارای محدوده ولتاژ ورودی بسیار وسیع است (ورودی 6 ولت تا 50 ولت) و خروجی 5 ولت را در جریان بار تا 1 آمپر ، همه در یک عامل کوچک تشکیل می دهد. حداکثر بازدهی که من اندازه گیری کردم 94 بود ، بنابراین این مدار نه تنها کوچک است بلکه خنک نیز می ماند.

مرحله 1: انتخاب IC Buck

در حالی که مطمئناً می توانید یک مبدل باک با تعداد انگشت شماری از op-amps و سایر اجزای پشتیبانی کننده بسازید ، اما در صورت انتخاب یک IC مبدل اختصاصی باک ، عملکرد بهتری خواهید داشت و مطمئناً مقدار زیادی از منطقه PCB را ذخیره خواهید کرد.

می توانید از توابع جستجو و فیلتر کردن در سایت هایی مانند DigiKey ، Mouser و Farnell برای پیدا کردن IC مناسب برای نیازهای خود استفاده کنید. در تصویر بالا می توانید 16 مورد دلهره آور را مشاهده کنید ، 453 قسمت تنها در چند کلیک به 12 گزینه محدود می شوند!

من با MAX17502F در یک بسته کوچک 3 میلی متر در 2 میلی متر رفتم ، اما اگر شما لحیم کاری دستی اجزاء را برنامه ریزی کنید ، احتمالاً یک بسته کمی بزرگتر بهتر خواهد بود. این IC دارای بسیاری از ویژگی ها است که قابل توجه ترین آنها محدوده ورودی وسیع تا 60V* و FET های داخلی داخلی است که به معنی استفاده از ماسفت یا دیود خارجی نیست.

*توجه داشته باشید که در مقدمه گفتم ورودی 50 ولت است اما قطعه می تواند 60 ولت را تحمل کند؟ این به دلیل خازن های ورودی است و اگر به ورودی 60 ولت نیاز دارید ، مدار را می توان متناسب با آن تغییر داد.

مرحله 2: برگه اطلاعات IC انتخاب شده خود را بررسی کنید

بیشتر اوقات ، چیزی وجود دارد که "مدار کاربردی معمولی" نامیده می شود که در برگه داده نشان داده می شود و بسیار شبیه به آنچه شما در تلاش برای دستیابی به آن هستید است. این مورد در مورد من صادق بود و اگرچه می توان مقادیر جزء را کپی کرد و آن را انجام شده نامید ، اما توصیه می کنم از روش طراحی (در صورت وجود) پیروی کنید.

در اینجا برگه اطلاعات MAX17502F آمده است:

با شروع از صفحه 12 حدود دوازده معادله بسیار ساده وجود دارد که می تواند به شما در انتخاب مقادیر مناسب تر قطعات کمک کند و همچنین به ارائه جزئیاتی در مورد برخی از مقادیر آستانه - مانند حداقل مقدار استقراء کمک می کند.

مرحله 3: اجزای مدار خود را انتخاب کنید

صبر کنید فکر کردم ما این قسمت را قبلاً انجام داده ایم؟ خوب ، قسمت قبل برای پیدا کردن مقادیر ایده آل جزء بود ، اما در دنیای واقعی باید به اجزای غیر ایده آل و موارد احتمالی بسنده کنیم.

به عنوان مثال ، خازن های سرامیکی چند لایه (MLCCs) برای خازن های ورودی و خروجی استفاده می شود. MLCC ها مزایای زیادی نسبت به خازن های الکترولیتی - به ویژه در مبدل های DC/DC - دارند ، اما آنها تحت عنوان DC Bias قرار می گیرند.

هنگامی که ولتاژ DC به MLCC اعمال می شود ، ظرفیت خازنی می تواند تا 60 drop کاهش یابد! این بدان معناست که خازن 10μF شما در حال حاضر فقط 4μF در ولتاژ DC معین است. باور نمی کنی؟ به وب سایت TDK نگاهی بیندازید و اطلاعات مشخصه مربوط به این خازن 10µF را پایین بیاورید.

راه حل آسان برای این نوع مشکل ساده است ، فقط از MLCC بیشتری به طور موازی استفاده کنید. این امر همچنین با کاهش ESR به کاهش موج ولتاژ کمک می کند و در محصولات تجاری که نیاز به رعایت مشخصات دقیق تنظیم ولتاژ دارند ، بسیار رایج است.

در تصاویر بالا یک شمای کلی و مربوط به مواد (BOM) از کیت ارزیابی MAX17502F وجود دارد ، بنابراین اگر به نظر نمی رسد یک انتخاب اجزای خوب پیدا کنید ، با مثال آزمایش شده بروید:)

مرحله 4: پر کردن طرحواره و PCB Layout

با انتخاب اجزای واقعی شما زمان ایجاد یک طرح کلی است که این اجزا را ضبط کند ، برای این کار EasyEDA را انتخاب کردم زیرا قبلاً از آن با نتایج مثبت استفاده کرده بودم. به سادگی اجزای خود را به آن اضافه کنید ، مطمئن شوید که اندازه مناسب دارند و قطعات را مانند مدار کاربردی معمولی قبلی به هم متصل کنید.

پس از اتمام کار ، روی دکمه "تبدیل به PCB" کلیک کنید تا به بخش PCB Layout ابزار منتقل شوید. اگر در مورد چیزی مطمئن نیستید نگران نباشید زیرا بسیاری از آموزش های آنلاین در مورد EasyEDA وجود دارد.

طرح PCB بسیار مهم است و می تواند تفاوت بین مدار را که کار می کند یا نه انجام دهد. من اکیداً توصیه می کنم که همه توصیه های طرح بندی در برگه اطلاعات IC را در صورت وجود رعایت کنید. اگر کسی علاقمند است ، دستگاه های آنالوگ دارای یک یادداشت کاربردی عالی در زمینه طرح PCB است:

مرحله 5: PCB های خود را سفارش دهید

من مطمئن هستم که اکثر شما در این مرحله پیام های تبلیغاتی را در فیلم های YouTube برای JLCPCB و PCBway دیده اید ، بنابراین نباید تعجب کرد که من نیز از یکی از این پیشنهادات تبلیغاتی استفاده کردم. من PCB های خود را از JLCPCB سفارش دادم و آنها فقط 2 هفته بعد رسیدند ، بنابراین از نظر پولی آنها بسیار خوب هستند.

در مورد کیفیت PCB ها من هیچ شکایتی ندارم ، اما شما می توانید قضاوت کننده آن باشید:)

مرحله 6: مونتاژ و آزمایش

من تمام اجزا را روی PCB خالی لحیم کردم که حتی با وجود اتاق اضافی که بین اجزا گذاشتم بسیار مبهم بود ، اما خدمات مونتاژ توسط JLCPCB و دیگر فروشندگان PCB وجود دارد که نیاز به این مرحله را برطرف می کند.

با اتصال برق به پایانه های ورودی و اندازه گیری خروجی ، همانطور که DMM مشاهده کرد ، با 5.02V استقبال کردم. هنگامی که خروجی 5 ولت را در تمام محدوده ولتاژ تأیید کردم ، یک بار الکترونیکی را در خروجی متصل کردم که بر روی جریان 1A تنظیم شده بود.

Buck مستقیماً با این جریان بار 1A شروع به کار کرد و وقتی ولتاژ خروجی (در برد) را اندازه گیری کردم ، 5.01V بود ، بنابراین تنظیم بار بسیار خوب بود. ولتاژ ورودی را روی 12 ولت تنظیم کردم زیرا این یکی از موارد استفاده ای بود که برای این برد در نظر داشتم و جریان ورودی را 0.476A اندازه گیری کردم. این کارایی تقریباً 87.7 را ارائه می دهد ، اما در حالت ایده آل شما می خواهید یک روش آزمایش DMM چهار برای اندازه گیری کارایی داشته باشید.

در جریان بار 1A متوجه شدم که کارایی کمی کمتر از حد انتظار بود ، من معتقدم که این به دلیل تلفات (I^2 * R) در سلف و در خود IC است. برای تأیید این ، جریان بار را به نصف رساندم و اندازه گیری فوق را برای کسب بازده 94 repeated تکرار کردم. این بدان معناست که با کاهش نصف جریان خروجی ، تلفات توان از 615 میلی وات به 300 پوند وات کاهش یافته است. برخی از تلفات غیرقابل اجتناب خواهند بود ، مانند اتلاف سوئیچ داخل IC و جریان آرام ، بنابراین من هنوز از این نتیجه بسیار خوشحالم.

مرحله 7: PCB سفارشی خود را در برخی پروژه ها قرار دهید

در حال حاضر شما یک منبع تغذیه 5V 1A پایدار دارید که می تواند از باتری لیتیوم 2S تا 11S یا هر منبع دیگری بین 6V تا 50V تغذیه شود ، نیازی به نگرانی در مورد نحوه تأمین انرژی پروژه های الکترونیکی خود نیست. چه مبنای میکروکنترلر باشد یا مدار آنالوگ ، این مبدل کوچک می تواند همه کارها را انجام دهد!

امیدوارم از این سفر لذت برده باشید و اگر تا اینجا پیش رفته اید ، از خواندن شما بسیار متشکرم!