Katika Utaftaji wa Ufanisi: Hatua 9

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

BUCK Converter juu ya "DPAK" Ukubwa

Kawaida, waanzilishi wa ubunifu wa elektroniki au hobbyist tunahitaji mdhibiti wa voltage kwenye bodi ya mzunguko iliyochapishwa au ubao wa mkate. Kwa bahati mbaya kwa unyenyekevu, tunatumia mdhibiti wa umeme wa laini lakini sio mbaya kabisa kwa sababu siku zote inategemea matumizi ni muhimu.

Kwa mfano katika vifaa vya usahihi vya analog (kama vifaa vya kipimo) bora hutumia mdhibiti wa voltage (ili kupunguza shida za kelele). Lakini katika vifaa vya umeme vya umeme kama taa ya LED, au mdhibiti wa mapema wa hatua ya wasanifu (kuboresha ufanisi) ni bora kutumia mdhibiti wa voltage ya DC / DC BUCK kama usambazaji kuu kwa sababu vifaa hivi ni ufanisi mzuri ambao mdhibiti wa laini katika matokeo ya juu ya sasa au mzigo kwa bidii.

Chaguo jingine ambalo sio la kifahari lakini ni haraka, ni kutumia waongofu wa DC / DC katika moduli zilizopangwa tayari na uwaongeze juu ya mzunguko wetu uliochapishwa lakini hii inafanya bodi ya mzunguko kuwa kubwa zaidi.

Suluhisho ambalo ninapendekeza kwa hobbyist au waanzilishi wa umeme hutumia moduli ya DC / DC BUCK converter kuwa moduli ambayo imewekwa juu lakini, ikihifadhi nafasi.

Vifaa

• 1 Buck kubadilisha kubadilisha 3A --- RT6214.
• 1 Inductor 4.7uH / 2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 Capacitor 0805 22uF / 25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 Capacitor 0402 100nF / 50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 Capacitor 0402 68pF / 50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 Resistor 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 Resistor 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

Hatua ya 1: Kuchagua Kitanda Bora

Kuchagua DC / DC BUCK Converter

Hatua ya kwanza ya kubuni kigeuzi cha DC / DC Buck ni kupata suluhisho bora kwa programu tumizi yetu. Suluhisho haraka zaidi ni kutumia kidhibiti cha kubadilisha badala ya kutumia kidhibiti cha kubadilisha.

Tofauti kati ya chaguzi hizi mbili imeonyeshwa hapa chini.

Kubadilisha mdhibiti

1. Mara nyingi wao ni monolithic.
2. Ufanisi ni bora.
3. Haziunga mkono mikondo ya pato kubwa sana.
4. Ni rahisi kutuliza (Inahitaji tu RC ya mzunguko).
5. Mtumiaji hajahitaji maarifa mengi juu ya kibadilishaji cha DC / DC ili kutengeneza muundo wa mzunguko.
6. Zimetengenezwa tayari kufanya kazi tu katika topolojia maalum.
7. Bei ya mwisho ni ya chini.

Onyesha hapa chini mfano uliopunguzwa na Mdhibiti wa Kubadilisha [Picha ya kwanza kwenye hatua hii].

Kubadilisha mtawala

1. Inahitaji vifaa vingi vya nje kama vile MOSFET na Diode.
2. Ni ngumu zaidi na mtumiaji anahitaji maarifa zaidi juu ya ubadilishaji wa DC / DC ili kutengeneza muundo wa mzunguko.
3. Wanaweza kutumia topolojia zaidi.
4. Msaada wa sasa wa juu sana.
5. Bei ya mwisho ni kubwa zaidi.

Onyesha hapa chini mzunguko wa kawaida wa programu ya Mdhibiti anayebadilisha [Picha ya pili kwenye hatua hii]

• Kuzingatia vidokezo vifuatavyo.

  1. Gharama.
  2. Nafasi [Pato la nguvu linategemea hii].
  3. Pato la nguvu.
  4. Ufanisi.
  5. Utata.

Katika kesi hii, ninatumia Richtek RT6214 [A kwa hali endelevu ni bora kwa mzigo mzito, na chaguo B kwamba inafanya kazi katika hali ya kukomesha ambayo ni bora kwa mzigo mwepesi na inaboresha ufanisi katika mikondo ya pato la chini] hiyo ni DC / DC Buck Converter monolithic [na kwa hivyo hatuhitaji vifaa vyovyote vya nje kama vile Power MOSFETs na diode Schottky kwa sababu kibadilishaji kimeunganisha swichi za MOSFET na MOSFET zingine zinazofanya kazi kama Diode].

Maelezo zaidi yanaweza kupatikana kwenye viungo vifuatavyo:

Hatua ya 2: Inductor ni Mshirika wako Bora katika DC / DC Converter

Kuelewa inductor [Uchambuzi wa hati ya data]

Kuzingatia nafasi kwenye mzunguko wangu, ninatumia ECS-MPI4040R4-4R7-R na ina 4.7uH, nominella sasa ya 2.9A, na sasa ya kueneza ya 3.9A na DC upinzani 67m ohms.

Nominella sasa

Nominella sasa ni thamani ya sasa ambapo inductor haipotezi mali kama vile inductance na haina maana ya kuongeza joto la kawaida.

Kueneza kwa sasa

Kueneza kwa sasa katika inductor ni thamani ya sasa ambapo inductor hupoteza mali zake na haifanyi kazi ya kuhifadhi nishati kwenye uwanja wa sumaku.

Ukubwa dhidi ya Upinzani

Tabia yake ya kawaida kwamba nafasi na upinzani hutegemeana kwa sababu ikiwa kuna haja ya kuokoa nafasi tunahitaji kuokoa nafasi kupunguza thamani ya AWG kwenye waya wa sumaku na ikiwa ninataka kupoteza upinzani niongeze thamani ya AWG kwenye waya wa sumaku.

Mzunguko wa kujitegemea

Mzunguko wa kujipatanisha unapatikana wakati masafa ya ubadilishaji yalighairi kufutwa na sasa kuna uwezo wa vimelea. Watengenezaji wengi walipendekeza kudumisha swichi ya inductor kwa angalau muongo mmoja chini ya masafa ya kujionea. Kwa mfano

Mzunguko wa kujitegemea = 10MHz.

f-kubadili = 1MHz.

Muongo = logi [msingi 10] (Frequency ya kujipambanua / f - inabadilika)

Muongo = kumbukumbu [msingi 10] (10MHz / 1MHz)

Muongo = 1

Ikiwa unataka kujua zaidi ya inductors, tafadhali angalia viungo vifuatavyo: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

Hatua ya 3: Inductor ni Moyo

Uchaguzi wa Inductor Bora

Inductor ni moyo wa waongofu wa DC / DC, kwa hivyo ni muhimu sana kuweka alama zifuatazo akilini ili kufikia utendaji mzuri wa mdhibiti wa voltage.

Pato la sasa la voltage ya mdhibiti, sasa ya majina, sasa ya kueneza, na ya sasa

Katika kesi hii, mtengenezaji hutoa hesabu kuhesabu inductor bora kulingana na mkondo wa sasa, pato la voltage, pembejeo ya voltage, mzunguko wa kubadilisha. Mlingano umeonyeshwa hapa chini.

L = Piga (Vin-Vout) / Vin x f-switching x ripple ya sasa.

Ripple ya sasa = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-switching x L.

IL (kilele) = Iout (Max) + ripple current / 2.

Kutumia equation ya ripple current kwenye inductor yangu [Thamani ziko katika Hatua ya awali] matokeo yataonyeshwa hapa chini.

Vin = 9V.

Kura = 5V.

f-Kubadilisha = 500kHz.

L = 4.7uH.

Kutoka = 1.5A.

Mzunguko mzuri wa sasa = 1.5A * 50%

Mzunguko mzuri wa sasa = 0.750A

Ripple ya sasa = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

Ripple ya sasa = 0.95A *

IL (kilele) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (kilele) = 1.975A **

* Inapendekezwa tumia mkondo wa karibu karibu na 20% - 50% ya pato la sasa. Lakini hii sio sheria ya jumla kwa sababu inategemea wakati wa kujibu wa mdhibiti wa kubadilisha. Tunapohitaji majibu ya wakati wa haraka tunapaswa kutumia inductance ya chini kwa sababu wakati wa kuchaji kwenye inductor ni mfupi na wakati tunahitaji majibu ya polepole tunapaswa kutumia inductance ya juu kwa sababu wakati wa kuchaji ni mrefu na kwa hii, tunapunguza EMI.

** Mtengenezaji anayependekezwa hayazidi kiwango cha juu cha sasa cha bonde ambacho kinasaidia kifaa kudumisha safu salama. Katika kesi hii, kiwango cha juu cha sasa cha bonde ni 4.5A.

Thamani hizi zinaweza kushauriwa katika kiunga kifuatacho: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

Hatua ya 4: Baadaye Ni Sasa

Tumia REDEXPERT kuchagua inductor bora kwa ubadilishaji wako wa dume

REDEXPERT ni zana nzuri wakati unahitaji kujua ni nini inductor bora kwa kubadilisha fedha zako, kuongeza kibadilishaji, kibadilishaji cha sepic, nk Zana hii inasaidia topolojia nyingi kuiga tabia yako ya inductor, lakini zana hii inasaidia tu nambari za sehemu kutoka Würth Electronik. Katika zana hii, tunaweza kuona kwenye grafu kuongezeka kwa joto dhidi ya sasa na upotezaji wa inductance dhidi ya sasa katika inductor. Inahitaji tu vigezo rahisi vya kuingiza kama vile inavyoonyeshwa hapa chini.

• Pembejeo ya pembejeo
• voltage ya pato
• pato la sasa
• kubadili mzunguko
• ripple ya sasa

Kiungo ni kinachofuata: REDEXPERT Simulator

Hatua ya 5: Mahitaji yetu ni muhimu

Kuhesabu maadili ya pato

Ni rahisi sana kuhesabu voltage ya pato, tunahitaji tu kufafanua mgawanyiko wa voltage uliofafanuliwa na equation ifuatayo. Tunahitaji tu R1 na tufafanue pato la voltage.

Vref = 0.8 [RT6214A / BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A / BHRGJ6 / 8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

Imeonyeshwa chini ya mfano kwa kutumia RT6214AHGJ6F.

R2 = 10k.

Kura = 5.

Vref = 0.8.

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

R1 = 52.5k

Hatua ya 6: Zana Kubwa ya Mbuni Mkuu wa Elektroniki

Tumia zana za mtengenezaji

Nilitumia zana za kuiga zilizotolewa na Richtek. Katika mazingira haya, unaweza kuona tabia ya kibadilishaji cha DC / DC katika uchambuzi wa hali thabiti, uchambuzi wa muda mfupi, uchambuzi wa kuanza.

Na matokeo yanaweza kushauriwa katika picha, nyaraka, na masimulizi ya video.

Hatua ya 7: Wawili ni Afadhali kuliko Mmoja

Ubunifu wa PCB katika Tai na Fusion 360

Ubunifu wa PCB umetengenezwa kwa Tai 9.5.6 kwa kushirikiana na Fusion 360 I husawazisha muundo wa 3D na muundo wa PCB ili kupata maoni halisi muundo wa mzunguko.

Imeonyeshwa chini ya vidokezo muhimu vya kuunda PCB katika Eagle CAD.

• Kuunda maktaba.
• Ubunifu wa skimu.
• Ubunifu wa PCB au muundo wa Mpangilio
• Zalisha maoni halisi ya 2D.
• Ongeza mfano wa 3D kwenye kifaa katika muundo wa mpangilio.
• Sawazisha PCB ya Tai kwa Fusion 360.

Kumbuka: Hoja yote muhimu imeonyeshwa na picha ambazo unapata mwanzoni mwa hatua hii.

Unaweza kupakua mzunguko huu kwenye hazina ya GitLab:

Hatua ya 8: Shida Moja, Suluhisho Moja

Jaribu kujaribu kuzingatia vigeuzi vyote

Rahisi kabisa sio bora zaidi… nilisema mwenyewe wakati mradi wangu unapokanzwa hadi 80ºC. Ndio, ikiwa unahitaji kiwango cha juu cha pato la sasa, usitumie vidhibiti vya laini kwa sababu vinatoa nguvu nyingi.

Shida yangu… pato la sasa. Suluhisho… hutumia kibadilishaji cha DC / DC kuchukua nafasi ya mdhibiti wa voltage katika kifurushi cha DPAK.

Kwa sababu hii niliita mradi wa Buck DPAK

Hatua ya 9: Hitimisho

Waongofu wa DC / DC ni mifumo inayofaa sana ya kudhibiti voltage kwa mikondo ya juu sana, hata hivyo kwa mikondo ya chini kwa ujumla huwa haifanyi kazi vizuri lakini sio chini ya mdhibiti wa laini.

Siku hizi ni rahisi sana kuweza kuunda kibadilishaji cha DC / DC shukrani kwa ukweli kwamba wazalishaji wamewezesha njia ambayo inadhibitiwa na kutumiwa.