97 E کارآمد مبدل DC به DC باک [3A ، قابل تنظیم]: 12 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

یک برد کوچک مبدل DC به DC برای بسیاری از برنامه ها مفید است ، به خصوص اگر بتواند جریانهای حداکثر تا 3A (2A به طور مداوم بدون هیت سینک) را منتقل کند. در این مقاله ، ما با ساختن یک مدار مبدل کوچک ، کارآمد و ارزان آشنا می شویم.

[1]: تحلیل مدار

شکل 1 نمودار شماتیک دستگاه را نشان می دهد. جزء اصلی مبدل باک گام به گام MP2315 است.

مرحله 1: منابع

منبع مقاله: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B… [1]:

[2]:

[3]:

مرحله 2: شکل 1 ، نمودار شماتیک مبدل باک DC به DC

با توجه به برگه اطلاعات MP2315 [1]: "MP2315 یک مبدل حالت سوئیچ گام به گام همزمان با فرکانس بالا با MOSFET داخلی قدرت داخلی است. این یک راه حل بسیار فشرده برای دستیابی به جریان خروجی مداوم 3A در محدوده وسیع منبع تغذیه ورودی با تنظیم بار و خط عالی ارائه می دهد. MP2315 دارای عملکرد حالت همزمان برای کارایی بیشتر در محدوده بار خروجی است. عملکرد حالت فعلی یک پاسخ گذرا سریع را فراهم می کند و تثبیت حلقه را آسان می کند. ویژگی های حفاظتی کامل شامل OCP و خاموش شدن حرارتی است. " RDS پایین (روشن) به این تراشه اجازه می دهد تا جریانهای زیاد را کنترل کند.

C1 و C2 برای کاهش صداهای ولتاژ ورودی استفاده می شود. R2 ، R4 و R5 یک مسیر بازخورد به تراشه ایجاد می کنند. R2 یک پتانسیومتر چند دور 200K برای تنظیم ولتاژ خروجی است. L1 و C4 عناصر ضروری تبدیل کننده باک هستند. L2 ، C5 و C7 یک فیلتر LC خروجی اضافی ایجاد می کنند که برای کاهش نویز و موج زدن اضافه کردم. فرکانس قطع این فیلتر در حدود 1 کیلوهرتز است. R6 جریان جاری را به پین EN محدود می کند. مقدار R1 با توجه به برگه داده تنظیم شده است. R3 و C3 مربوط به مدار بوت استرپ هستند و با توجه به برگه داده تعیین می شوند.

شکل 2 نمودار جریان کارایی و خروجی را نشان می دهد. بالاترین بازده تقریباً برای همه ولتاژهای ورودی در حدود 1A به دست آمده است.

مرحله 3: شکل 2 ، کارایی در مقابل جریان خروجی

[2]: PCB Layout شکل 3 طرح PCB طراحی شده را نشان می دهد. این یک تخته کوچک (2.1cm*2.6cm) دو لایه است.

من از کتابخانه های کامپوننت SamacSys (نماد شماتیک و رد پای PCB) برای IC1 [2] استفاده کردم زیرا این کتابخانه ها رایگان هستند و مهمتر از همه ، از استانداردهای IPC صنعتی پیروی می کنند. من از نرم افزار Altium Designer CAD استفاده می کنم ، بنابراین از افزونه SamacSys Altium برای نصب مستقیم کتابخانه های اجزا استفاده کردم [3]. شکل 4 اجزای انتخاب شده را نشان می دهد. همچنین می توانید کتابخانه های اجزای غیرفعال را جستجو و نصب/استفاده کنید.

مرحله 4: شکل 3 ، طرح PCB مبدل باک DC به DC

مرحله 5: شکل 4 ، جزء انتخاب شده (IC1) از افزونه SamacSys Altium

این آخرین نسخه از برد PCB است. شکل 5 و شکل 6 نمای سه بعدی برد PCB را از بالا و پایین نشان می دهد.

مرحله 6: شکل 5 و 6 ، نمای سه بعدی برد PCB (TOP و Buttom)

[3]: Construction and Test شکل 7 اولین نمونه اولیه (اولین نسخه) برد را نشان می دهد. برد PCB توسط PCBWay ساخته شده است که یک برد با کیفیت است. من با لحیم کاری هیچ مشکلی نداشتم.

همانطور که در شکل 8 مشخص است ، من برخی از قسمتهای مدار را برای دستیابی به نویز کمتر تغییر داده ام ، بنابراین شماتیک ارائه شده و PCB آخرین نسخه ها هستند.

مرحله 7: شکل 7 ، اولین نمونه اولیه (نسخه قدیمی) مبدل Buck

پس از لحیم کاری قطعات ، ما آماده آزمایش مدار هستیم. برگه داده می گوید که می توانیم ولتاژ 4.5 تا 24 ولت را به ورودی اعمال کنیم. تفاوتهای اصلی بین نمونه اولیه (برد آزمایش شده من) و آخرین PCB/Schematic برخی تغییرات در طراحی PCB و محل قرارگیری/مقادیر اجزا است. برای اولین نمونه اولیه ، خازن خروجی فقط 22uF-35V است. بنابراین آن را با دو خازن 47uF SMD (بسته های C5 و C7 ، 1210) تغییر دادم. من تغییرات مشابهی را برای ورودی اعمال کردم و دو خازن دارای ولتاژ 35V جایگزین خازن ورودی کردم. همچنین ، مکان هدر خروجی را تغییر دادم.

از آنجا که حداکثر ولتاژ خروجی 21 ولت است و خازنها 25 ولت (سرامیکی) نامیده می شوند ، بنابراین نباید مشکلی در میزان ولتاژ وجود داشته باشد ، اما اگر در مورد ولتاژهای نامی خازن ها نگرانی دارید ، به سادگی مقادیر خازنی آنها را به 22 ولت کاهش دهید و ولتاژ نامی تا 35 ولت شما همیشه می توانید این را با افزودن خازن های خروجی اضافی به مدار/بار هدف خود جبران کنید. حتی می توانید یک خازن 470uF یا 1000uF را "به صورت خارجی" اضافه کنید زیرا فضای کافی بر روی برد وجود ندارد تا بتواند هر یک از آنها را جا دهد. در واقع ، با افزودن خازن های بیشتر ، فرکانس قطع فیلتر نهایی را کاهش می دهیم ، بنابراین صداهای بیشتری را سرکوب می کند.

بهتر است به طور موازی از خازن ها استفاده کنید. به عنوان مثال ، از دو 470uF به طور موازی به جای یک 1000uF استفاده کنید. این به کاهش مقدار کل ESR (قانون مقاومت های موازی) کمک می کند.

حالا بیایید با استفاده از یک اسیلوسکوپ کم سر و صدا مانند Siglent SDS1104X-E ، موج خروجی و سر و صدا را بررسی کنیم. می تواند ولتاژها را تا 500uV/div اندازه گیری کند ، که این ویژگی بسیار خوبی است.

من تخته مبدل را به همراه یک خازن خارجی 470uF-35V روی یک قطعه کوچک از برد نمونه اولیه DIY لحیم کردم تا موج و سر و صدا را آزمایش کنم (شکل 8)

مرحله 8: شکل 8 ، برد مبدل در قطعه ای کوچک از نمونه اولیه DIY (شامل خازن خروجی 470uF)

هنگامی که ولتاژ ورودی زیاد است (24 ولت) و ولتاژ خروجی کم است (برای مثال 5 ولت) ، حداکثر موج و سر و صدا باید ایجاد شود زیرا تفاوت ولتاژ ورودی و خروجی زیاد است. بنابراین بیایید کاوشگر اسیلوسکوپ را به فنر زمین مجهز کرده و نویز خروجی را بررسی کنیم (شکل 9). استفاده از فنر زمین ضروری است ، زیرا سیم زمین کاوشگر اسیلوسکوپ می تواند بسیاری از صداهای حالت معمول را به ویژه در چنین اندازه گیری هایی جذب کند.

مرحله 9: شکل 9 ، جایگزینی سیم زمین پروب با فنر زمین

شکل 10 نویز خروجی را هنگام ورودی 24 ولت و خروجی 5 ولت نشان می دهد. لازم به ذکر است که خروجی مبدل رایگان است و به هیچ بار متصل نشده است.

مرحله 10: شکل 10 ، صدای خروجی مبدل DC به DC (ورودی = 24V ، خروجی = 5V)

حال بیایید نویز خروجی را در کمترین اختلاف ولتاژ ورودی/خروجی (0.8V) آزمایش کنیم. ولتاژ ورودی را روی 12 ولت و خروجی را روی 11.2 ولت تنظیم کردم (شکل 11).

مرحله 11: شکل 11 ، نویز خروجی تحت کمترین تفاوت ولتاژ ورودی/خروجی (ورودی = 12 ولت ، خروجی = 11.2 ولت)

لطفاً توجه داشته باشید که با افزایش جریان خروجی (اضافه کردن بار) ، نویز/موج خروجی افزایش می یابد. این یک داستان واقعی برای همه منابع تغذیه یا مبدل ها است.

[4] بیل مواد

شکل 12 صورتحساب مواد پروژه را نشان می دهد.