Penukar Buck Output 5V Kecekapan Tinggi DIY !: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Saya mahukan kaedah yang berkesan untuk menurunkan voltan yang lebih tinggi dari pek LiPo (dan sumber lain) hingga 5V untuk projek elektronik. Pada masa lalu saya telah menggunakan modul buck generik dari eBay, tetapi kawalan kualiti yang dipersoalkan dan tiada nama kapasitor elektrolitik tidak memenuhi saya dengan yakin.

Oleh itu, saya memutuskan bahawa saya akan membuat penukar turun sendiri untuk tidak hanya mencabar diri sendiri tetapi juga membuat sesuatu yang berguna!

Apa yang saya berakhir ialah penukar buck yang mempunyai julat voltan input yang sangat luas (input 6V hingga 50V) dan output 5V pada arus beban hingga 1A semuanya dalam faktor bentuk kecil. Kecekapan puncak yang saya ukur adalah 94% jadi litar ini bukan sahaja kecil tetapi juga tetap sejuk.

Langkah 1: Memilih Buck Buck

Walaupun anda pasti dapat membuat penukar buck dengan segelintir op-amp dan komponen sokongan lain, anda akan mendapat prestasi yang lebih baik dan pastinya menjimatkan banyak kawasan PCB jika anda memilih IC penukar buck khusus.

Anda boleh menggunakan fungsi mencari dan menyaring di laman web seperti DigiKey, Mouser, dan Farnell untuk mencari IC yang sesuai untuk keperluan anda. Dalam gambar di atas, anda dapat melihat 16, 453 bahagian yang menakutkan disempitkan kepada 12 pilihan hanya dalam beberapa klik!

Saya menggunakan MAX17502F dalam pakej 3mm x 2mm yang kecil, tetapi pakej yang sedikit lebih besar mungkin lebih baik jika anda merancang untuk menyolder komponen. IC ini mempunyai banyak ciri, yang paling terkenal adalah julat input yang besar hingga 60V * dan FET daya dalaman yang bermaksud tidak diperlukan MOSFET atau Diod luaran.

* Perhatikan bahawa dalam intro saya menyatakan itu adalah input 50V tetapi bahagiannya dapat menangani 60V? Ini disebabkan kapasitor input dan jika anda memerlukan input 60V litar boleh diubah suai agar sesuai.

Langkah 2: Periksa Lembar Data IC Terpilih Anda

Lebih sering daripada tidak, akan ada yang disebut "Litar Aplikasi Khas" yang ditunjukkan dalam lembar data yang akan sangat serupa dengan apa yang anda cuba capai. Ini benar untuk kes saya dan walaupun seseorang hanya dapat menyalin nilai komponen dan menyelesaikannya, saya akan mengesyorkan mengikuti prosedur reka bentuk (jika disediakan).

Berikut adalah lembaran data MAX17502F:

Bermula di halaman 12 terdapat kira-kira selusin persamaan yang sangat mudah yang dapat membantu anda memilih nilai komponen yang lebih sesuai dan juga membantu memberikan perincian mengenai beberapa nilai ambang - seperti nilai induktansi minimum.

Langkah 3: Pilih Komponen untuk Litar Anda

Tunggu saya fikir kita sudah melakukan bahagian ini? Baiklah, bahagian sebelumnya adalah untuk mencari nilai komponen yang ideal, tetapi di dunia nyata kita harus mencari komponen yang tidak ideal dan peringatan yang disertakan.

Sebagai contoh, Kapasitor Keramik Pelbagai Lapisan (MLCC) digunakan untuk kapasitor input dan output. MLCC mempunyai banyak kelebihan berbanding kapasitor elektrolitik - terutama pada penukar DC / DC - tetapi ia tertakluk kepada sesuatu yang disebut DC Bias.

Apabila voltan DC diterapkan pada MLCC, penilaian kapasitansi boleh turun hingga 60%! Ini bermaksud kapasitor 10µF anda sekarang hanya 4µF pada voltan DC tertentu. Tidak percaya? Lihat laman web TDK dan tatal ke bawah untuk mendapatkan data ciri untuk kapasitor 10µF ini.

Penyelesaian mudah untuk jenis masalah ini adalah mudah, gunakan lebih banyak MLCC secara selari. Ini juga membantu mengurangkan riak voltan kerana ESR dikurangkan dan sangat biasa dilihat dalam produk komersial yang perlu memenuhi spesifikasi peraturan voltan yang ketat.

Dalam gambar di atas terdapat Skema Bil dan Bahan yang sesuai (BOM) dari Kit Penilaian MAX17502F, jadi jika anda tidak dapat mencari pilihan komponen yang baik maka ikuti contoh yang telah dicuba dan diuji:)

Langkah 4: Mengisi Tata Letak Skematik dan PCB

Dengan komponen sebenar yang anda pilih, inilah masanya untuk membuat skema yang menangkap komponen ini, untuk ini saya memilih EasyEDA kerana saya telah menggunakannya sebelum ini dengan hasil yang positif. Cukup tambahkan komponen anda, pastikan mereka mempunyai jejak ukuran yang tepat dan sambungkan komponennya sama seperti litar aplikasi biasa sebelumnya.

Setelah selesai, klik pada butang "Convert to PCB" dan anda akan dibawa ke bahagian PCB Layout pada alat. Jangan risau jika anda tidak pasti akan sesuatu kerana terdapat banyak tutorial dalam talian mengenai EasyEDA.

Susun atur PCB sangat penting dan boleh membuat perbezaan antara litar berfungsi atau tidak. Saya sangat menyarankan untuk mengikuti semua nasihat susun atur dalam lembar data IC jika ada. Peranti Analog mempunyai catatan aplikasi yang hebat mengenai topik Tata Letak PCB jika ada yang berminat:

Langkah 5: Pesan PCB anda

Saya yakin kebanyakan anda ketika ini telah melihat mesej promosi dalam video youtube untuk JLCPCB dan PCBway, jadi tidak mengejutkan bahawa saya juga menggunakan salah satu tawaran promosi ini. Saya memesan PCB saya dari JLCPCB dan mereka tiba lebih dari 2 minggu kemudian, jadi dari sudut kewangan mereka cukup bagus.

Mengenai kualiti PCB, saya sama sekali tidak mempunyai aduan, tetapi anda boleh menjadi hakimnya:)

Langkah 6: Pemasangan dan Pengujian

Saya menyerahkan semua komponen ke PCB kosong yang cukup kemas walaupun dengan ruang tambahan yang saya tinggalkan di antara komponen, tetapi ada perkhidmatan pemasangan oleh JLCPCB dan vendor PCB lain yang akan menghilangkan keperluan untuk langkah ini.

Menghubungkan daya ke terminal input dan mengukur output, saya disambut oleh 5.02V seperti yang dilihat oleh DMM. Sebaik sahaja saya mengesahkan output 5V di seluruh julat voltan, saya menyambungkan beban elektronik di seluruh output yang disesuaikan dengan cabutan arus 1A.

Buck mula lurus dengan arus beban 1A ini dan ketika saya mengukur voltan keluaran (di papan) pada 5.01V, jadi peraturan bebannya sangat baik. Saya menetapkan voltan input ke 12V kerana ini adalah salah satu kes penggunaan yang saya fikirkan untuk papan ini dan saya mengukur arus input sebagai 0.476A. Ini memberikan kecekapan sekitar 87.7% tetapi idealnya anda mahukan empat kaedah ujian DMM untuk pengukuran kecekapan.

Pada arus beban 1A, saya menyedari kecekapannya sedikit lebih rendah daripada yang dijangkakan, saya percaya ini disebabkan oleh kerugian (I ^ 2 * R) pada induktor dan IC itu sendiri. Untuk mengesahkan ini, saya menetapkan arus beban menjadi separuh dan mengulangi pengukuran di atas untuk mendapatkan kecekapan 94%. Ini bermaksud dengan mengurangkan separuh arus keluaran, kerugian kuasa dikurangkan dari ~ 615mW hingga ~ 300mW. Sebilangan kerugian tidak dapat dielakkan, seperti menukar kerugian di dalam IC dan juga arus yang tenang, jadi saya masih sangat gembira dengan hasil ini.

Langkah 7: Sertakan PCB Custom Anda ke dalam Beberapa Projek

Sekarang anda mempunyai bekalan 5V 1A yang stabil yang boleh dikuasakan dari pek bateri litium 2S hingga 11S, atau sumber lain antara 6V dan 50V, tidak perlu risau tentang cara menghidupkan projek elektronik anda sendiri. Sama ada berasaskan mikrokontroler atau litar analog semata-mata, penukar buck kecil ini dapat melakukan semuanya!

Saya harap anda menikmati perjalanan ini dan jika anda berjaya sejauh ini, terima kasih banyak kerana membaca!