Samaradorlikni qidirishda: 9 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

"DPAK" o'lchamidagi BUCK konvertori

Odatda, yangi boshlanuvchilar elektron yoki sevimli mashg'ulotlari uchun bizga elektron platada bosilgan voltaj regulyatori yoki non taxtasi kerak bo'ladi. Afsuski, soddaligi bilan biz chiziqli voltaj regulyatoridan foydalanamiz, lekin umuman yomon emas, chunki har doim ilovalarga bog'liq bo'lish muhim.

Masalan, aniq analog qurilmalarda (o'lchash uskunalari kabi) chiziqli kuchlanish regulyatoridan yaxshiroq foydalanish (shovqin muammolarini kamaytirish uchun). Biroq, kuch-elektronikada chiroqli LED yoki chiziqli regulyator bosqichi uchun oldingi regulyator (samaradorlikni oshirish uchun) kabi asosiy oqim sifatida DC/DC BUCK konvertorli kuchlanish regulyatoridan foydalanish yaxshidir, chunki bu qurilmalar chiziqli regulyatordan ko'ra yaxshiroq ishlaydi. yuqori oqim chiqishlarida yoki qattiq yuklanishida.

Yana bir oqlangan emas, lekin tezkor variant - bu prefabrik modullarda DC / DC konvertorlarini ishlatish va ularni bizning bosilgan sxemamizning yuqori qismiga qo'shish, lekin bu platani ancha kattalashtiradi.

Men havaskorlarga yoki elektronika sohasida boshlovchiga taklif qiladigan yechim, sirtdan o'rnatiladigan, lekin joyni tejaydigan, DC/DC BUCK konvertori modulidan foydalanadi.

Ta'minotlar

• 1 Kommutator konvertori 3A --- RT6214.
• 1 induktor 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 kondansatör 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 kondansatör 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 kondansatör 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 rezistor 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 rezistor 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

1 -qadam: Eng yaxshi haydovchini tanlash

DC/DC BUCK konverterini tanlash

DC/DC Buck konvertorini loyihalashda birinchi qadam - bu bizning ilovamiz uchun eng yaxshi echimni topishdir. Tezroq hal qilish - bu kommutatorni ishlatish o'rniga kommutator regulyatoridan foydalanish.

Bu ikkita variant o'rtasidagi farq quyida ko'rsatilgan.

Kommutatsiya regulyatori

1. Ko'pincha ular monolitdir.
2. Samaradorlik yaxshiroq.
3. Ular juda yuqori chiqish oqimlarini qo'llab -quvvatlamaydi.
4. Ularni barqarorlashtirish osonroq (Faqat elektron RC talab qilinadi).
5. O'chirish dizaynini yaratish uchun foydalanuvchiga DC/DC konvertori haqida ko'p ma'lumot kerak emas.
6. Faqat ma'lum bir topologiyada ishlash uchun oldindan tuzilgan.
7. Yakuniy narx pastroq.

Quyida almashtirish regulyatori tomonidan qisqartirilgan misolni ko'rsating [Bu qadamdagi birinchi rasm].

Kommutator boshqaruvchisi

1. MOSFET va diodlar kabi ko'plab tashqi komponentlarni talab qiladi.
2. Ular yanada murakkab va elektron dizaynini yaratish uchun foydalanuvchiga DC/DC konvertori haqida ko'proq ma'lumot kerak.
3. Ular ko'proq topologiyadan foydalanishlari mumkin.
4. Juda yuqori chiqish oqimini qo'llab -quvvatlang.
5. Yakuniy narx ancha yuqori.

Quyida kommutatorni ishlatishning odatiy sxemasini ko'rsating [Bu qadamdagi ikkinchi rasm]

• Quyidagi fikrlarni hisobga olgan holda.

  1. Narx.
  2. Bo'sh joy [Quvvat chiqishi bunga bog'liq].
  3. Quvvat chiqishi.
  4. Samaradorlik.
  5. Murakkablik.

Bunday holda, men Richtek RT6214 [A ni ishlataman doimiy rejim uchun qattiq yuk uchun yaxshiroq, va B varianti uzluksiz rejimda ishlaydi, bu engil yuk uchun yaxshiroq va past chiqish oqimlarida samaradorlikni oshiradi] bu shahar /DC Buck Converter monolit [va shuning uchun bizga Power MOSFET va Schottky diodlari kabi tashqi komponentlar kerak emas, chunki konvertorda MOSFET kalitlari va Diod kabi ishlaydigan boshqa MOSFET o'rnatilgan].

Batafsil ma'lumotni quyidagi havolalarda topishingiz mumkin: Buck_converter_guide, Buck Converter topologiyalarini solishtirish, Buck Converter tanlash mezonlari.

2 -qadam: DC/DC konvertorida induktor sizning eng yaxshi ittifoqchingiz

Induktorni tushunish [Ma'lumotlar jadvalini tahlil qilish]

Elektr zanjiridagi bo'sh joyni hisobga olgan holda, men ECS-MPI4040R4-4R7-R dan foydalanaman, u 4.7uH, nominal oqimi 2.9A, to'yinganlik oqimi 3.9A va shahar qarshiligi 67m ohm.

Nominal oqim

Nominal oqim - indüktans indüktans kabi xususiyatlarini yo'qotmaydigan va atrof -muhit haroratini sezilarli darajada oshirmaydigan joriy qiymat.

To'yingan oqim

Induktordagi to'yingan oqim - bu induktor o'z xususiyatlarini yo'qotadigan va magnit maydonida energiyani saqlash uchun ishlamaydigan oqim qiymati.

O'lchov va qarshilik

Uning odatiy xatti -harakati, bo'shliq va qarshilik bir -biriga bog'liq, chunki agar kerak bo'lsa, biz joyni tejashimiz kerak, biz magnit simidagi AWG qiymatini kamaytiramiz va agar men qarshilikni yo'qotmoqchi bo'lsam, magnit simidagi AWG qiymatini oshirishim kerak.

O'z-o'zidan rezonans chastotasi

O'z-o'zidan rezonans chastotasiga o'tish chastotasi indüktans bekor qilinganida va hozirda parazitar sig'im mavjud bo'lganda erishiladi. Ko'pgina ishlab chiqaruvchilar induktorni o'z-o'zidan rezonans chastotasidan kamida o'n yil pastda ushlab turishni tavsiya qilishdi. Masalan

O'z-rezonans chastotasi = 10 MGts.

f-almashtirish = 1 MGts.

O'n yil = log [10 -tayanch] (O'z -rezonans chastotasi / f - almashtirish)

O'n yil = log [baza 10] (10MGts / 1MGts)

O'n yil = 1

Agar siz induktor haqida ko'proq bilmoqchi bo'lsangiz, quyidagi havolalarni tekshiring: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

3 -qadam: Induktor - bu yurak

Ideal induktorni tanlash

Induktor DC / DC konvertorlarining yuragi hisoblanadi, shuning uchun voltaj regulyatorining yaxshi ishlashiga erishish uchun quyidagi fikrlarni yodda tutish juda muhimdir.

Regulyator voltajining chiqish oqimi, nominal oqim, to'yinganlik va to'lqin oqimi

Bunday holda, ishlab chiqaruvchi ideal induktorni dalgalanma oqimi, kuchlanish chiqishi, kuchlanish kiritish, kommutatsiya chastotasi bo'yicha hisoblash uchun tenglamalar beradi. Tenglama quyida ko'rsatilgan.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-almashtirish x to'lqin oqimi.

Ripple oqimi = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-almashtirish x L.

IL (tepalik) = Iout (Maks) + to'lqin oqimi / 2.

Dalgalanish oqimi tenglamasini induktorimga qo'llash [Qiymatlar oldingi qadamda] natijalari quyida ko'rsatilgan.

Vin = 9V.

Vout = 5V.

f-o'tish = 500 kHz.

L = 4.7uH.

Iout = 1,5A.

Ideal to'lqin oqimi = 1,5A * 50%

Ideal to'lqin oqimi = 0.750A

Dalgalanish oqimi = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

Dalgalanish oqimi = 0.95A*

IL (tepalik) = 1,5A + 0,95A / 2

IL (tepalik) = 1.975A **

*Chiqish oqimining 20-50% gacha bo'lgan to'lqinli oqimdan foydalanish tavsiya etiladi. Ammo bu umumiy qoida emas, chunki bu regulyatorning javob berish vaqtiga bog'liq. Bizga tezkor javob kerak bo'lganda, biz past indüktansdan foydalanishimiz kerak, chunki induktorning zaryadlanish muddati qisqa va sekinlik bilan javob kerak bo'lganda biz yuqori indüktansdan foydalanishimiz kerak, chunki zaryadlash muddati uzoq va shu bilan biz EMIni kamaytiramiz.

** Tavsiya etilgan ishlab chiqaruvchi xavfsiz masofani saqlash uchun qurilmani qo'llab -quvvatlaydigan vodiyning maksimal oqimidan oshmaydi. Bu holda vodiyning maksimal oqimi 4,5A.

Bu qiymatlar bilan quyidagi havola orqali tanishish mumkin: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

4 -qadam: Kelajak hozir

O'zingizning konvertoringiz uchun eng yaxshi induktorni tanlash uchun REDEXPERT -dan foydalaning

REDEXPERT - bu sizning konvertoringiz, kuchaytirgichingiz, sepik konvertoringiz va boshqalar uchun eng yaxshi induktor nima ekanligini bilishingiz kerak bo'lganda, bu ajoyib vosita, bu vosita sizning induktoringizning xatti -harakatlarini simulyatsiya qilish uchun bir nechta topologiyalarni qo'llab -quvvatlaydi, lekin bu vosita faqat Würth Electronik kompaniyasining qism raqamlarini qo'llab -quvvatlaydi. Bu asbobda biz induktordagi haroratning oqimga va indüktansning yo'qolishiga va oqimga induktordagi oqimlarni ko'rishimiz mumkin. Unga faqat quyida ko'rsatilgan oddiy kirish parametrlari kerak.

• Kirish voltaji
• chiqish voltaji
• joriy chiqish
• o'tish chastotasi
• to'lqin oqimi

Havola keyingi: REDEXPERT simulyatori

5 -qadam: Bizning ehtiyojimiz muhim

Chiqish qiymatlarini hisoblash

Chiqish kuchlanishini hisoblash juda oddiy, biz faqat quyidagi tenglama bilan aniqlangan kuchlanish bo'luvchisini aniqlashimiz kerak. Faqat bizga R1 kerak va kuchlanish chiqishini aniqlaymiz.

Vref = 0,8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0,765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

Quyida RT6214AHGJ6F yordamida misol ko'rsatilgan.

R2 = 10k.

Vout = 5.

Vref = 0,8.

R1 = 10k (5 - 0,8) / 0,8.

R1 = 52,5 ming

6 -qadam: Elektronika dizayneri uchun ajoyib vosita

Ishlab chiqaruvchining asboblaridan foydalaning

Men Richtek tomonidan taqdim etilgan simulyatsiya vositalaridan foydalandim. Bu muhitda siz DC/DC konvertorining xatti-harakatini barqaror holat tahlilida, vaqtinchalik tahlilda, ishga tushirish tahlilida ko'rishingiz mumkin.

Va natijalar bilan rasmlar, hujjatlar va video simulyatsiyasida tanishish mumkin.

7 -qadam: ikkitasi birdan yaxshiroq

Eagle va Fusion 360 -da tenglikni dizayni

PCB konstruktsiyasi Eagle 9.5.6 -da Fusion 360 bilan hamkorlikda ishlab chiqariladi, men 3D dizaynini tenglikni dizayni bilan sinxronlashtiraman.

Eagle CADda tenglikni yaratish uchun muhim nuqtalar quyida ko'rsatilgan.

• Kutubxona yaratish.
• Sxematik dizayn.
• PCB dizayni yoki tartib dizayni
• Haqiqiy 2D ko'rinishini yaratish.
• Dizayn dizaynida qurilmaga 3D model qo'shing.
• Eagle PCB -ni Fusion 360 -ga sinxronlashtiring.

Eslatma: Barcha muhim nuqta, bu qadamning boshida topilgan rasmlar bilan tasvirlangan.

Siz ushbu sxemani GitLab omboridan yuklab olishingiz mumkin:

8 -qadam: Bir muammo, bitta yechim

Har doim barcha o'zgaruvchilarni ko'rib chiqishga harakat qiling

Eng soddasi hech qachon yaxshiroq emas … Men buni o'z loyihamda 80ºS gacha qizdirganda aytgandim. Ha, agar sizga nisbatan yuqori chiqish oqimi kerak bo'lsa, chiziqli regulyatorlardan foydalanmang, chunki ular ko'p quvvatni yo'qotadi.

Mening muammom … chiqish oqimi. Yechim… DPAK paketidagi chiziqli kuchlanish regulyatorini almashtirish uchun DC/DC konvertoridan foydalanadi.

Chunki bu men Buck DPAK loyihasini chaqirdim

9 -qadam: Xulosa

DC / DC konvertorlari juda yuqori oqimlarda kuchlanishni tartibga solish uchun juda samarali tizimlardir, lekin past oqimlarda ular odatda samarasiz, lekin chiziqli regulyatordan kam emas.

Hozirgi vaqtda ishlab chiqaruvchilar ularni boshqarish va ishlatishni osonlashtirganligi sababli, DC / DC konvertorini loyihalash juda oson.