ממיר באק פלט DIY 5V יעילות גבוהה !: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

רציתי דרך יעילה להורדת מתח גבוה יותר מחבילות LiPo (ומקורות אחרים) ל- 5V לפרויקטים של אלקטרוניקה. בעבר השתמשתי במודולי באק גנריים מ- eBay, אך בקרת האיכות המפוקפקת ושום קבלים אלקטרוליטיים לא מילאה אותי בביטחון.

אז החלטתי שאכין ממיר הורדה משלי לא רק לאתגר את עצמי אלא גם להכין משהו שימושי!

מה שהגעתי אליו הוא ממיר באק שיש לו טווח מתח כניסה רחב מאוד (6V עד 50V קלט) ויציאות 5V בזרם עומס של עד 1A והכל בגורם צורה קטן. יעילות השיא שמדדתי הייתה 94% אז לא רק שהמעגל הזה קטן, אבל הוא גם נשאר קריר.

שלב 1: בחירת IC של Buck

אמנם אתה בהחלט יכול להמיר ממיר באק עם קומץ מגברים אופניים ורכיבים תומכים אחרים, אך תקבל ביצועים טובים יותר ובוודאי תחסוך הרבה שטח PCB אם תבחר במקום IC ייעודי לממיר באק.

אתה יכול להשתמש בפונקציות החיפוש והסינון באתרים כמו DigiKey, Mouser ו- Farnell כדי למצוא IC מתאים לצרכים שלך. בתמונה למעלה אתה יכול לראות 16 מפחידים, 453 חלקים מצטמצמים ל -12 אפשרויות בכמה לחיצות בלבד!

הלכתי עם ה- MAX17502F באריזה זעירה בגודל 3 מ"מ על 2 מ"מ, אבל חבילה מעט גדולה יותר כנראה תהיה טובה יותר אם אתה מתכנן הלחמה ידנית של הרכיבים. ל- IC זה יש הרבה תכונות, והבולט שבהן הוא טווח הכניסה הגדול של עד 60V* ו- FETs החשמל הפנימי שמשמעותם אין צורך ב- MOSFET חיצוני או דיודה.

*שים לב שבמבוא הצהרתי שמדובר בקלט 50V אך החלק יכול להתמודד עם 60V? זה נובע מקבלי הכניסה ואם אתה צריך קלט של 60V ניתן לשנות את המעגל כך שיתאים.

שלב 2: בדוק את גליון הנתונים של ה- IC הנבחר שלך

לעתים קרובות יותר, יהיה מה שנקרא "מעגל יישומים טיפוסי" המוצג בגליון הנתונים אשר יהיה דומה מאוד למה שאתה מנסה להשיג. זה היה נכון במקרה שלי ולמרות שאפשר פשוט להעתיק את ערכי הרכיב ולקרוא לזה בוצע, הייתי ממליץ לבצע את הליך העיצוב (אם מסופק).

להלן גליון הנתונים של MAX17502F:

החל מעמוד 12 יש בערך תריסר משוואות פשוטות מאוד שיכולות לעזור לך לבחור ערכי רכיב מתאימים יותר וזה גם עוזר לספק פרטים על כמה מערכי הסף - כגון ערך השראה מינימלי.

שלב 3: בחר רכיבים למעגל שלך

רגע חשבתי שכבר עשינו את החלק הזה? ובכן, החלק הקודם היה למצוא את ערכי הרכיב האידיאליים, אך בעולם האמיתי עלינו להסתפק ברכיבים שאינם אידיאליים וההסתייגויות הנלוות לכך.

כדוגמה, קבלים קרמיים מרובי שכבות (MLCC) משמשים לקבלי הכניסה והפלט. ל- MLCC יתרונות רבים על פני קבלים אלקטרוליטיים - במיוחד בממירים DC/DC - אך הם כפופים למשהו שנקרא DC Bias.

כאשר מתח DC מתח על MLCC, דירוג הקיבול יכול לרדת עד 60%! המשמעות היא שקבל 10µF שלך הוא כעת רק 4µF במתח DC מסוים. אל תאמין לי? תסתכל באתר TDK וגלול למטה לנתונים אופייניים לקבל 10µF זה.

תיקון קל לבעיה מסוג זה הוא פשוט, פשוט השתמש במקביל יותר ב- MLCC. זה גם עוזר להפחית את אדוות המתח כאשר ה- ESR מצטמצם ונפוץ מאוד לראות במוצרים מסחריים שצריכים לעמוד במפרט תקנות מתח קפדני.

בתמונות שלעיל יש שטר סכימטי ומתאים של ערכת ההערכה של ערכת ההערכה MAX17502F, כך שאם אתה לא מצליח למצוא בחירה טובה של רכיבים, אז לך עם הדוגמה הבדוקה:)

שלב 4: אכלוס הפריסה הסכימטית וה- PCB

כאשר הרכיבים האמיתיים שלך נבחרו הגיע הזמן ליצור סכמטה שלוכדת רכיבים אלה, לשם כך בחרתי ב- EasyEDA כפי שהשתמשתי בו בעבר עם תוצאות חיוביות. כל שעליך לעשות הוא להוסיף את הרכיבים שלך ולוודא שיש להם את טביעת הרגל בגודל הנכון ולחבר את הרכיבים יחד בדיוק כמו מעגל היישומים הטיפוסי בעבר.

לאחר השלמת הפעולה, לחץ על כפתור "המרה ל- PCB" ותובא לסעיף פריסת ה- PCB של הכלי. אל תדאג אם אינך בטוח במשהו מכיוון שישנן הדרכות רבות באינטרנט אודות EasyEDA.

פריסת PCB חשובה מאוד והיא יכולה לעשות את ההבדל בין המעגל עובד או לא. אני ממליץ בחום לעקוב אחר כל עצות הפריסה בגליון הנתונים של ה- IC היכן שיש. ל- Analog Devices יש הערת יישומים נהדרת בנושא פריסת PCB אם מישהו מעוניין בכך:

שלב 5: הזמינו את ה- PCB שלכם

אני בטוח שרובכם בשלב זה ראיתם את הודעות הקידום בסרטוני יוטיוב עבור JLCPCB ו- PCBway, כך שלא צריך להפתיע שגם אני השתמשתי באחת מהצעות הקידום האלה. הזמנתי את ה- PCB שלי מ- JLCPCB והם הגיעו קצת יותר משבועיים לאחר מכן, כך שמבחינה כספית הם די טובים.

באשר לאיכות ה- PCB אין לי שום תלונות, אבל אתה יכול להיות השופט של זה:)

שלב 6: הרכבה ובדיקה

הלחמתי ביד את כל הרכיבים על הלוח הריק שהיה די מסובך אפילו עם החדר הנוסף שהשארתי בין הרכיבים, אך ישנם שירותי הרכבה של JLCPCB וספקי PCB אחרים אשר יבטלו את הצורך בשלב זה.

חיברתי חשמל למסופי הכניסה ומדדתי את הפלט, קיבלתי את פני בברכה 5.02V כפי שניתן לראות על ידי ה- DMM. ברגע שאימתתי את יציאת 5V בכל טווח המתחים, חיברתי עומס אלקטרוני על פני הפלט שהותאם לתיקו הנוכחי של 1A.

באק התחיל ישר עם זרם העומס 1A הזה וכשמדדתי את מתח המוצא (בלוח) הוא היה ב -5.01V, אז ויסות העומס היה טוב מאוד. הגדרתי את מתח הכניסה ל- 12V מכיוון שזהו אחד ממקרי השימוש שהיו לי בראש ללוח זה ומדדתי את זרם הכניסה כ- 0.476A. זה נותן יעילות של בערך 87.7% אך באופן אידיאלי תרצה גישת בדיקות ארבע DMM למדידות יעילות.

בזרם עומס 1A אכן שמתי לב שהיעילות הייתה מעט נמוכה מהצפוי, אני מאמין שזה נובע מהפסדים (I^2 * R) במשרן וב- IC עצמו. כדי לאשר זאת, הגדרתי את זרם העומס למחצית וחזרתי על המדידה לעיל כדי לקבל יעילות של 94%. המשמעות היא שעל ידי הפחתת זרם התפוקה הפחתות ההספק הופחתו מ ~ 615mW עד ~ 300mW. כמה הפסדים יהיו בלתי נמנעים, כגון החלפת הפסדים בתוך ה- IC וכן זרם שקט, כך שאני עדיין שמח מאוד מהתוצאה הזו.

שלב 7: כלול את ה- PCB המותאם אישית שלך בכמה פרויקטים

כעת יש לך ספק יציב של 5V 1A הניתן להנעת מחבילת סוללות ליתיום 2S עד 11S, או מכל מקור אחר בין 6V ל- 50V, אין צורך לדאוג כיצד להפעיל פרויקטים אלקטרוניים משלך. יהיה זה מעגל מבוסס מיקרו או מעגל אנלוגי גרידא, ממיר הכסף הקטן הזה יכול לעשות הכל!

אני מקווה שנהניתם מהמסע הזה ואם הגעתם עד כאן, תודה רבה שקראתם!