97% יעיל ממיר באק ל- DC [3A, מתכוונן]: 12 שלבים

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

לוח ממיר זעיר של DC ל- DC שימושי ליישומים רבים, במיוחד אם הוא יכול לספק זרמים עד 3A (2A ברציפות ללא גוף קירור). במאמר זה נלמד לבנות מעגל ממיר דולר קטן, יעיל וזול.

[1]: ניתוח מעגלים

איור 1 מציג את התרשים הסכימטי של המכשיר. המרכיב העיקרי הוא ממיר הכפלה למטה MP2315.

שלב 1: הפניות

מקור המאמר: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B… [1]:

[2]:

[3]:

שלב 2: איור 1, תרשים סכמטי של ממיר באק DC ל- DC

על פי גיליון הנתונים MP2315 [1]: "ה- MP2315 הוא ממיר מצב מתג מתכוונן סינכרוני מתוקן עם מתג MOSFET פנימי מובנה. הוא מציע פתרון קומפקטי מאוד להשגת זרם פלט רציף של 3A על פני טווח אספקת כניסות רחב עם ויסות עומס וקווים מעולה. ל- MP2315 יש פעולה במצב סינכרוני ליעילות גבוהה יותר על פני טווח העומס הנוכחי. פעולת המצב הנוכחי מספקת תגובה חולפת מהירה ומקלה על ייצוב הלולאה. תכונות ההגנה המלאות כוללות OCP וכיבוי תרמי. " RDS נמוך (מופעל) מאפשר לשבב הזה להתמודד עם זרמים גבוהים.

C1 ו- C2 משמשים להפחתת רעשי מתח הכניסה. R2, R4 ו- R5 בונים נתיב משוב לשבב. R2 הוא פוטנציומטר רב -טורני 200K להתאמת מתח המוצא. L1 ו- C4 הם האלמנטים החיוניים של ממיר הכסף. L2, C5 ו- C7 יוצרים מסנן LC פלט נוסף שהוספתי כדי להפחית את הרעש והאדוות. תדירות הניתוק של מסנן זה נע סביב 1KHz. R6 מגביל את הזרימה הנוכחית לפין EN. ערך R1 נקבע בהתאם לגליון הנתונים. R3 ו- C3 קשורים למעגל ה- bootstrap ונקבעים בהתאם לגליון הנתונים.

איור 2 מציג את העלילה הנוכחית של היעילות לעומת הפלט. היעילות הגבוהה ביותר כמעט עבור כל מתח הכניסה הושגה בסביבות 1A.

שלב 3: איור 2, יעילות לעומת זרם פלט

[2]: פריסת PCB איור 3 מציג את פריסת ה- PCB המעוצבת. לוח קטן (2.1 ס"מ*2.6 ס"מ) דו שכבתי.

השתמשתי בספריות הרכיבים של SamacSys (סמל סכמטי וטביעת רגל PCB) עבור ה- IC1 [2] מכיוון שספריות אלה הן חינמיות וחשוב מכך, הן פועלות בתקני ה- IPC התעשייתיים. אני משתמש בתוכנת CAD של Altium Designer, ולכן השתמשתי בתוסף SamacSys Altium כדי להתקין ישירות את ספריות הרכיבים [3]. איור 4 מציג את הרכיבים שנבחרו. אתה יכול לחפש ולהתקין/להשתמש גם בספריות הרכיבים הפסיביים.

שלב 4: איור 3, פריסת PCB של ממיר באק DC ל- DC Buck

שלב 5: איור 4, רכיב נבחר (IC1) מהתוסף SamacSys Altium

זו הגרסה האחרונה של לוח ה- PCB. איור 5 ואיור 6 מציגים תצוגות תלת מימד של לוח הלוח המודפס, מלמעלה ומתחת.

שלב 6: איור 5 & 6, תצוגות תלת מימד של לוח הלוח המודפס (למעלה ולחצן)

[3]: בנייה ובדיקה איור 7 מציג את אב הטיפוס הראשון (הגרסה הראשונה) של הלוח. לוח ה- PCB יוצר על ידי ה- PCBWay, שהוא לוח באיכות גבוהה. לא הייתה לי בעיה עם הלחמה כלשהי.

כפי שברור באיור 8, שיניתי חלקים מסוימים של המעגל כדי להשיג רעש נמוך יותר, כך ש- סכמטי ו- PCB הם הגרסאות העדכניות ביותר.

שלב 7: איור 7, האב טיפוס הראשון (גרסה ישנה יותר) של ממיר באק

לאחר הלחמת הרכיבים, אנו מוכנים לבדוק את המעגל. גליון הנתונים אומר שאנו יכולים להפעיל מתח מ- 4.5V עד 24V על הכניסה. ההבדלים העיקריים בין אב הטיפוס הראשון (הלוח הנבדק שלי) לבין ה- PCB/סכמטי האחרון הם כמה שינויים בעיצוב הלוח והמיקום/הערכים של הרכיבים. עבור אב הטיפוס הראשון, קבל הפלט הוא רק 22uF-35V. אז שיניתי אותו עם שני קבלים SMU 47uF (C5 ו- C7, 1210 חבילות). החלתי את אותם שינויים עבור הקלט והחלפתי את קבל הכניסה לשני קבלים מדורגים 35V. כמו כן, שיניתי את מיקום כותרת הפלט.

מכיוון שמתח המוצא המרבי הוא 21V והקבלים מדורגים ב- 25V (קרמיקה), לא אמורה להיות בעיה בקצב המתח, אולם אם יש לך חששות לגבי המתחים המדורגים של הקבלים, פשוט הפחת את ערכי הקיבול שלהם ל- 22uF והגדיל את מתח מדורג עד 35V. אתה תמיד יכול לפצות זאת על ידי הוספת קבלים פלט נוספים על מעגל/עומס המטרה שלך. אפילו אתה יכול להוסיף קבל 470uF או 1000uF "חיצונית" מכיוון שאין מספיק מקום על הלוח שיתאים לאף אחד מהם. למעשה, על ידי הוספת קבלים נוספים, אנו מורידים את תדירות הניתוק של המסנן הסופי, כך שהוא ידכא יותר רעשים.

עדיף שתשתמש בקבלים במקביל. לדוגמה, השתמש בשני 470uF במקביל במקום 1000uF אחד. זה עוזר להפחית את ערך ה- ESR הכולל (כלל הנגדים המקבילים).

כעת נבחן את אדוות הפלט והרעש באמצעות אוסצילוסקופ קדמי בעל רעש נמוך כגון Siglent SDS1104X-E. הוא יכול למדוד מתח עד 500uV/div, וזו תכונה נחמדה מאוד.

הלחמתי את לוח הממיר, בליווי קבל חיצוני של 470uF-35V, על פיסת לוח אב טיפוס DIY לבדיקת האדוות והרעש (איור 8)

שלב 8: איור 8, לוח הממיר על חתיכה קטנה של לוח אב טיפוס DIY (כולל קבל פלט 470uF)

כאשר מתח הכניסה גבוה (24V) ומתח המוצא נמוך (5V למשל), יש להפיק את האדוות והרעש המרבי מכיוון שהפרש מתח הכניסה והיציאה גבוה. אז בואו לצייד את בדיקת האוסילוסקופ במעיין קרקע ולבדוק את רעש הפלט (איור 9). חיוני להשתמש במעיין הקרקע, מכיוון שחוט הקרקע של בדיקת האוסילוסקופ יכול לספוג הרבה רעשים במצב נפוץ, במיוחד במדידות כאלה.

שלב 9: איור 9, החלפת חוט הקרקע של הבדיקה באביב קפיץ

איור 10 מציג את רעש הפלט כאשר הקלט הוא 24V והפלט הוא 5V. יש לציין כי תפוקת הממיר חופשית ולא הייתה מחוברת לעומס כלשהו.

שלב 10: איור 10, רעש פלט של ממיר DC ל- DC (קלט = 24V, פלט = 5V)

כעת נבדוק את רעש הפלט בהפרש מתח הכניסה/פלט הנמוך ביותר (0.8V). הגדרתי את מתח הכניסה ל- 12V ואת הפלט ל- 11.2V (איור 11).

שלב 11: איור 11, רעש פלט בהפרש מתח הכניסה/הפלט הנמוך ביותר (קלט = 12V, פלט = 11.2V)

שים לב שעל ידי הגדלת זרם הפלט (הוספת עומס) רעש הפלט/אדוות גדל. זהו סיפור אמיתי לכל ספקי הכוח או הממירים.

[4] כתב החומרים

איור 12 מציג את כתב החומרים של הפרויקט.