בחיפוש יעילות: 9 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

ממיר BUCK בגודל "DPAK"

בדרך כלל, המעצב האלקטרוני למתחילים או תחביב אנו זקוקים לווסת מתח בלוח מעגלים מודפס או לוח לחם. למרבה הצער, בפשטות, אנו משתמשים בווסת מתח לינארי, אך אין בהם שום רע, כי זה תמיד תלוי ביישומים.

לדוגמה במכשירים אנלוגיים מדויקים (כמו ציוד מדידה) משתמשת תמיד טוב יותר בווסת מתח לינארי (כדי למזער בעיות רעש). אבל במכשירי אלקטרוניקה חשמליים כמו מנורת LED, או ווסת קדם לשלב הרגולטורים הליניאריים (לשיפור היעילות) עדיף להשתמש בווסת מתח ממיר DC/DC BUCK כאספקה העיקרית מכיוון שהתקנים אלה הם יעילות טובה יותר מאשר וסת לינארי. בתפוקי זרם גבוהים או עומס חזק.

אופציה נוספת שהיא לא כל כך אלגנטית אבל מהירה, היא להשתמש בממירי DC / DC במודולים טרומיים ופשוט להוסיף אותם על גבי המעגל המודפס שלנו אבל זה הופך את לוח המעגלים להרבה יותר גדול.

הפתרון שאני מציע לחובב או למתחיל האלקטרוניקה משתמש בממיר מודול DC/DC BUCK שמודול שהוא הרכבה על פני השטח אך חוסך מקום.

אספקה

• 1 ממיר מיתוג באק 3A --- RT6214.
• 1 משרן 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 קבלים 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 קבלים 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 קבלים 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 נגד 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 נגד 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

שלב 1: בחירת הרוכש הטוב ביותר

בחירת ממיר DC/DC BUCK

השלב הראשון בעיצוב ממיר DC/DC Buck הוא למצוא את הפתרון הטוב ביותר ליישום שלנו. הפתרון המהיר יותר הוא להשתמש בווסת מיתוג במקום להשתמש בבקר מיתוג.

ההבדל בין שתי האפשרויות הללו מוצג להלן.

ויסות מיתוג

1. פעמים רבות הם מונוליטיים.
2. היעילות טובה יותר.
3. הם אינם תומכים בזרמי תפוקה גבוהים במיוחד.
4. קל יותר להתייצב (דורש רק מעגל RC).
5. המשתמש לא נזקק לידע רב על ממיר DC/DC כדי ליצור את עיצוב המעגל.
6. מוגדרים מראש לעבודה רק בטופולוגיה ספציפית.
7. המחיר הסופי נמוך יותר.

הצג להלן דוגמה מופחתת על ידי רגולטור החלפת [התמונה הראשונה בשלב זה].

בקר מיתוג

1. דרוש הרבה רכיבים חיצוניים כגון MOSFETs ודיודות.
2. הם מורכבים יותר והמשתמש זקוק לידע נוסף על ממיר DC/DC כדי ליצור את עיצוב המעגל.
3. הם יכולים להשתמש בטופולוגיות נוספות.
4. תומך בזרם פלט גבוה מאוד.
5. המחיר הסופי גבוה יותר.

הצג להלן מעגל יישומים טיפוסי של בקר מיתוג [התמונה השנייה בשלב זה]

• בהתחשב בנקודות הבאות.

  1. עֲלוּת.
  2. שטח [תפוקת החשמל תלויה בכך].
  3. תפוקת הספק.
  4. יְעִילוּת.
  5. מוּרכָּבוּת.

במקרה זה, אני משתמש ב- Richtek RT6214 [A למצב רציף עדיף לעומס הקשה, והאפשרות B שהוא פועל במצב לא רציף שהוא טוב יותר לעומס קל ומשפר את היעילות בזרמי פלט נמוכים] כלומר DC /ממיר Buck ממיר מונוליטי [ולכן אנו לא זקוקים לרכיבים חיצוניים כגון Power MOSFETs ודיודות Schottky מכיוון שהממיר משלב מתגי MOSFET ושאר MOSFET שעובד כמו דיודה].

מידע מפורט יותר ניתן למצוא בקישורים הבאים: Buck_converter_guide, השוואת טופולוגיות ממיר באק, קריטריוני בחירת ממיר באק

שלב 2: המשרן הוא בעל הברית הטוב ביותר שלך בממיר DC/DC

הבנת המשרן [ניתוח גליון נתונים]

בהתחשב במרחב במעגל שלי, אני משתמש ב- ECS-MPI4040R4-4R7-R בעל 4.7uH, זרם נומינלי של 2.9A, וזרם רוויה של 3.9A והתנגדות DC 67m אוהם.

זרם נומינלי

הזרם הנומינלי הוא הערך הנוכחי שבו המשרן אינו מאבד את המאפיינים כגון השראות ואינו מגדיל משמעותית את טמפרטורת הסביבה.

זרם הרוויה

זרם הרוויה במשרן הוא הערך הנוכחי שבו המשרן מאבד את תכונותיו ואינו פועל לאחסון אנרגיה בשדה מגנטי.

גודל מול התנגדות

התנהגותו הרגילה שחלל והתנגדות תלויים זה בזה מכיוון שאם הצורך חוסך מקום עלינו לחסוך מקום להפחית את ערך ה- AWG בחוט המגנט ואם אני רוצה לאבד התנגדות עלי להגדיל את ערך ה- AWG בחוט המגנט.

תדר תהודה עצמית

תדר התהודה העצמית מושגת כאשר תדר המיתוג ביטל את ההשראות ורק כעת קיים הקיבול הטפיל. יצרנים רבים המליצו לשמור על תדר מיתוג משרן לפחות עשור מתחת לתדר ההדהוד העצמי. לדוגמה

תדר תהודה עצמית = 10MHz.

מיתוג f = 1MHz.

עשור = יומן [בסיס 10] (תדר תהודה עצמית / f - מיתוג)

עשור = יומן [בסיס 10] (10MHz / 1MHz)

עשור = 1

אם אתה רוצה לדעת יותר על משרנים, בדוק את הקישורים הבאים: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

שלב 3: המשרן הוא הלב

בחירת המשרן האידיאלי

המשרן הוא הלב של ממרירי DC / DC, ולכן חשוב ביותר לזכור את הנקודות הבאות על מנת להשיג ביצועי ווסת מתח טובים.

זרם הפלט של מתח הרגולטור, הזרם הנומינלי, זרם הרוויה וזרם האדוות

במקרה זה, היצרן מספק משוואות לחישוב המשרן האידיאלי על פי זרם האדוות, פלט המתח, קלט מתח, תדר מיתוג. המשוואה מוצגת להלן.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-switch x זרם אדוות.

זרם אדווה = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-switch x L.

IL (שיא) = Iout (מקס) + זרם אדווה / 2.

החלת המשוואה של זרם אדווה על המשרן שלי [הערכים נמצאים בשלב הקודם] התוצאות יוצגו להלן.

וין = 9V.

Vout = 5V.

f-Switching = 500kHz.

L = 4.7uH.

Iout = 1.5A.

זרם אדווה אידיאלי = 1.5A * 50%

זרם אדווה אידיאלי = 0.750A

זרם אדווה = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

זרם אדווה = 0.95A*

IL (שיא) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (שיא) = 1.975A **

*מומלץ להשתמש בזרם האדווה הקרוב ל 20% - 50% מזרם הפלט. אך זהו אינו כלל כללי מכיוון שהוא תלוי בזמן התגובה של וסת המיתוג. כאשר אנו זקוקים לתגובת זמן מהירה עלינו להשתמש בהשראות נמוכה מכיוון שזמן הטעינה במשרן קצר וכאשר אנו זקוקים לתגובת זמן איטית עלינו להשתמש בהשראות גבוהה מכיוון שזמן הטעינה ארוך ועם זאת אנו מפחיתים את ה- EMI.

** היצרן המומלץ אינו עולה על זרם העמק המרבי התומך במכשיר לשמירה על טווח מאובטח. במקרה זה, זרם העמק המרבי הוא 4.5A.

ניתן להתייעץ עם ערכים אלה בקישור הבא: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

שלב 4: העתיד הוא עכשיו

השתמש ב- REDEXPERT כדי לבחור את המשרן הטוב ביותר עבור ממיר הכסף שלך

REDEXPERT הוא כלי נהדר כאשר אתה צריך לדעת מהו המשרן הטוב ביותר עבור ממיר הכסף שלך, ממיר ההגברה, ממיר ספקי וכו '. כלי זה תומך בטופולוגיות מרובות כדי לדמות את התנהגות המשרן שלך, אך כלי זה תומך רק במספרי חלק מ- Würth Electronik. בכלי זה נוכל להציג בגרפים את עליית הטמפרטורה מול הזרם ואת הפסדי ההשראות לעומת הזרם במשרן. הוא זקוק רק לפרמטרי קלט פשוטים כפי שמוצג להלן.

• מתח נכנס
• מתח יציאה
• תפוקה נוכחית
• תדר מיתוג
• זרם אדווה

הקישור הוא הבא: סימולטור REDEXPERT

שלב 5: הצורך שלנו חשוב

חישוב ערכי הפלט

פשוט מאוד לחשב את מתח המוצא, עלינו רק להגדיר מחלק מתח המוגדר על ידי המשוואה הבאה. רק אנחנו צריכים R1 ומגדירים פלט מתח.

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

מוצג להלן דוגמה באמצעות RT6214AHGJ6F.

R2 = 10k.

Vout = 5.

Vref = 0.8.

R1 = 10k (5 - 0.8) / 0.8.

R1 = 52.5k

שלב 6: כלי נהדר למעצב אלקטרוניקה גדול

השתמש בכלים של היצרן

השתמשתי בכלי הסימולציה שסיפק Richtek. בסביבה זו ניתן לצפות בהתנהגותו של ממיר DC/DC בניתוח מצב יציב, ניתוח חולף, ניתוח הפעלה.

וניתן להתייעץ עם התוצאות בתמונות, מסמכים והדמיית וידאו.

שלב 7: שניים טובים יותר מאחד

עיצוב PCB ב- Eagle and Fusion 360

עיצוב ה- PCB מיוצר ב- Eagle 9.5.6 בשיתוף עם Fusion 360 אני מסנכרן את עיצוב התלת מימד עם עיצוב ה- PCB כדי לקבל תצוגה אמיתית של עיצוב המעגלים.

מוצג מתחת לנקודות החשובות ליצירת PCB ב- Eagle CAD.

• יצירת ספריה.
• עיצוב סכמטי.
• עיצוב PCB או עיצוב פריסה
• צור תצוגת 2D אמיתית.
• הוסף דגם תלת -ממדי למכשיר בעיצוב פריסה.
• סנכרן את PCB Eagle ל- Fusion 360.

הערה: כל הנקודה החשובה מאוירת על ידי תמונות שאתה מוצא בתחילת שלב זה.

אתה יכול להוריד מעגל זה במאגר GitLab:

שלב 8: בעיה אחת, פתרון אחד

נסה פעם לשקול את כל המשתנים

הפשוטה אף פעם לא טובה יותר … אמרתי לעצמי את זה כשהפרויקט שלי מחמם עד 80 מעלות צלזיוס. כן, אם אתה צריך זרם פלט גבוה יחסית, אל תשתמש בווסתים ליניאריים מכיוון שהם מפיצים הרבה כוח.

הבעיה שלי … זרם הפלט. הפתרון … משתמש בממיר DC/DC להחלפת ווסת מתח לינארי בחבילת DPAK.

בגלל זה קראתי לפרויקט Buck DPAK

שלב 9: מסקנה

ממירים DC / DC הם מערכות יעילות מאוד לוויסות מתח בזרמים גבוהים מאוד, אולם בזרמים נמוכים הם בדרך כלל פחות יעילים אך לא פחות יעילים מאשר וסת לינארי.

כיום קל מאוד לתכנן ממיר DC / DC הודות לעובדה שהיצרנים הקלו על אופן השליטה והשימוש בהם.