%97 Verimli DC - DC Buck Dönüştürücü [3A, Ayarlanabilir]: 12 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Küçük bir DC'den DC'ye dönüştürücü kartı, özellikle 3A'ya kadar (soğutucu olmadan sürekli olarak 2A) akım sağlayabiliyorsa, birçok uygulama için yararlıdır. Bu yazıda, küçük, verimli ve ucuz bir buck dönüştürücü devresi kurmayı öğreneceğiz.

[1]: Devre Analizi

Şekil 1, cihazın şematik diyagramını göstermektedir. Ana bileşen, MP2315 kademeli indirici dönüştürücüdür.

Adım 1: Referanslar

Makale Kaynağı: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B…[1]:

[2]:

[3]:

Adım 2: Şekil 1, DC'den DC'ye Buck Dönüştürücünün Şematik Diyagramı

MP2315 [1] veri sayfasına göre: “MP2315, dahili dahili güç MOSFET'lerine sahip yüksek frekanslı senkron rektifiye edilmiş kademeli bir anahtarlamalı dönüştürücüdür. Mükemmel yük ve hat regülasyonu ile geniş bir giriş besleme aralığında 3A sürekli çıkış akımı elde etmek için çok kompakt bir çözüm sunar. MP2315, çıkış akımı yük aralığında daha yüksek verimlilik için senkron mod çalışmasına sahiptir. Mevcut mod işlemi, hızlı bir geçici yanıt sağlar ve döngü stabilizasyonunu kolaylaştırır. Tam koruma özellikleri arasında OCP ve termal kapatma bulunur.” Düşük RDS(açık), bu çipin yüksek akımları işlemesine izin verir.

Giriş voltajı gürültülerini azaltmak için C1 ve C2 kullanılır. R2, R4 ve R5, çipe bir geri bildirim yolu oluşturur. R2, çıkış voltajını ayarlamak için 200K çok turlu bir potansiyometredir. L1 ve C4, temel buck dönüştürücü elemanlarıdır. L2, C5 ve C7, gürültüyü ve dalgalanmayı azaltmak için eklediğim ek bir çıkış LC filtresi oluşturur. Bu filtrenin kesme frekansı 1KHz civarındadır. R6, EN pinine giden akımı sınırlar. R1 değeri veri sayfasına göre ayarlanmıştır. R3 ve C3, önyükleme devresi ile ilgilidir ve veri sayfasına göre belirlenir.

Şekil 2, verim ve çıkış akımı grafiğini gösterir. Neredeyse tüm giriş voltajları için en yüksek verim 1A civarında elde edilmiştir.

Adım 3: Şekil 2, Verimlilik ve Çıkış Akımı

[2]: PCB DüzeniŞekil 3, tasarlanmış PCB düzenini göstermektedir. Küçük (2.1cm*2.6cm) iki katmanlı bir tahtadır.

IC1 [2] için SamacSys bileşen kitaplıklarını (Şematik sembol ve PCB ayak izi) kullandım çünkü bu kitaplıklar ücretsiz ve daha da önemlisi endüstriyel IPC standartlarını takip ediyorlar. Altium Designer CAD yazılımını kullanıyorum, bu yüzden bileşen kitaplıklarını doğrudan kurmak için SamacSys Altium eklentisini kullandım [3]. Şekil 4, seçilen bileşenleri gösterir. Pasif bileşen kitaplıklarını da arayabilir ve kurabilir/kullanabilirsiniz.

Adım 4: Şekil 3, DC'den DC'ye Buck Dönüştürücünün PCB Düzeni

Adım 5: Şekil 4, SamacSys Altium Eklentisinden Seçilmiş Bileşen (IC1)

Bu, PCB kartının son revizyonudur. Şekil 5 ve şekil 6, PCB kartının üstten ve alttan 3D görünümlerini göstermektedir.

Adım 6: Şekil 5 ve 6, PCB Kartının 3D Görünümleri (ÜST ve Alt)

[3]: Yapım ve TestŞekil 7, kartın ilk prototipini (ilk versiyonu) göstermektedir. PCB kartı, yüksek kaliteli bir kart olan PCBWay tarafından üretilmiştir. Lehimlemede herhangi bir problem yaşamadım.

Şekil 8'de açıkça görüldüğü gibi, daha düşük gürültü elde etmek için devrenin bazı kısımlarını değiştirdim, bu nedenle sağlanan Şematik ve PCB en son sürümlerdir.

Adım 7: Şekil 7, Buck Dönüştürücünün İlk Prototipi (Eski Bir Versiyonu)

Bileşenleri lehimledikten sonra devreyi test etmeye hazırız. Veri sayfası, girişe 4,5V ila 24V arasında bir voltaj uygulayabileceğimizi söylüyor. İlk prototip (test edilen kartım) ve son PCB/Şematik arasındaki temel farklar, PCB tasarımındaki bazı değişiklikler ve bileşen yerleşimi/değerleridir. İlk prototip için çıkış kapasitörü sadece 22uF-35V'dir. Bu yüzden iki adet 47uF SMD kapasitör (C5 ve C7, 1210 paketleri) ile değiştirdim. Giriş için aynı değişiklikleri uyguladım ve giriş kapasitörünü iki adet 35V dereceli kapasitörle değiştirdim. Ayrıca, çıktı başlığının konumunu değiştirdim.

Maksimum çıkış voltajı 21V olduğundan ve kapasitörler 25V (seramik) olarak derecelendirildiğinden, voltaj oranı sorunu olmamalıdır, ancak kondansatörlerin nominal voltajlarıyla ilgili endişeleriniz varsa, kapasitans değerlerini 22uF'ye düşürün ve artırın. anma gerilimi 35V'a kadar. Hedef devrenize/yükünüze ekstra çıkış kapasitörleri ekleyerek bunu her zaman telafi edebilirsiniz. Hatta 470uF veya 1000uF kapasitör "harici" ekleyebilirsiniz çünkü kartta bunlardan herhangi birine sığacak kadar yer yoktur. Aslında, daha fazla kapasitör ekleyerek, son filtrenin kesme frekansını azaltırız, böylece daha fazla gürültü bastırır.

Kondansatörleri paralel olarak kullanmanız daha iyidir. Örneğin, bir 1000uF yerine paralel olarak iki 470uF kullanın. Toplam ESR değerini düşürmeye yardımcı olur (paralel direnç kuralı).

Şimdi Siglent SDS1104X-E gibi düşük gürültülü bir ön uç osiloskop kullanarak çıkış dalgalanmasını ve gürültüyü inceleyelim. Çok güzel bir özellik olan 500uV/div'e kadar voltajları ölçebilir.

Dalgalanmayı ve gürültüyü test etmek için harici bir 470uF-35V kondansatörle birlikte dönüştürücü kartını küçük bir DIY prototip kartı parçası üzerine lehimledim (şekil 8)

Adım 8: Şekil 8, Küçük Bir DIY Prototip Kartı Parçasındaki Dönüştürücü Kartı (470 uF Çıkış Kondansatörü dahil)

Giriş voltajı yüksek (24V) ve çıkış voltajı düşük (örneğin 5V) olduğunda, giriş ve çıkış voltajı farkı yüksek olduğundan maksimum dalgalanma ve gürültü üretilmelidir. Öyleyse osiloskop probunu bir zemin yayı ile donatalım ve çıkış gürültüsünü kontrol edelim (şekil 9). Osiloskop probunun topraklama kablosu, özellikle bu tür ölçümlerde çok sayıda ortak mod gürültüsünü emebileceğinden, topraklama yayını kullanmak önemlidir.

Adım 9: Şekil 9, Probun Topraklama Kablosunu Topraklama Yayı ile Değiştirme

Şekil 10, giriş 24V ve çıkış 5V olduğunda çıkış gürültüsünü göstermektedir. Dönüştürücü çıkışının serbest olduğu ve herhangi bir yüke bağlı olmadığı belirtilmelidir.

Adım 10: Şekil 10, DC-DC Dönüştürücünün Çıkış Gürültüsü (giriş =24V, Çıkış = 5V)

Şimdi en düşük giriş/çıkış voltajı farkı (0,8V) altında çıkış gürültüsünü test edelim. Giriş voltajını 12V'a ve çıkışı 11.2V'a ayarladım (şekil 11).

Adım 11: Şekil 11, En Düşük Giriş/Çıkış Voltaj Farkı Altında Çıkış Gürültüsü (giriş=12V, Çıkış=11.2V)

Çıkış akımını artırarak (bir yük ekleyerek), çıkış gürültüsünün/dalgalanmasının arttığını lütfen unutmayın. Bu, tüm güç kaynakları veya dönüştürücüler için gerçek bir hikaye.

[4] Malzeme Listesi

Şekil 12, projenin malzeme listesini göstermektedir.