97% DC to DC Buck Converter [3A, Boleh Diselaraskan]: 12 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Papan penukar buck DC ke DC kecil berguna untuk banyak aplikasi, terutamanya jika dapat mengalirkan arus hingga 3A (2A berterusan tanpa heatsink). Dalam artikel ini, kita akan belajar membina litar penukar buck kecil, cekap, dan murah.

[1]: Analisis Litar

Rajah 1 menunjukkan gambarajah skematik peranti. Komponen utama adalah MP2315 step-down buck converter.

Langkah 1: Rujukan

Sumber Artikel:

[2]:

[3]:

Langkah 2: Rajah 1, Skema Diagram DC to DC Buck Converter

Menurut lembar data MP2315 [1]: “MP2315 adalah penukar mod suis step-down yang diselaraskan dengan frekuensi tinggi dengan MOSFET daya dalaman terbina dalam. Ia menawarkan penyelesaian yang sangat padat untuk mencapai arus keluaran berterusan 3A dalam rangkaian bekalan input yang luas dengan peraturan beban dan talian yang sangat baik. MP2315 mempunyai operasi mod segerak untuk kecekapan yang lebih tinggi berbanding julat beban arus keluaran. Operasi mod semasa memberikan tindak balas sementara yang cepat dan memudahkan penstabilan gelung. Ciri perlindungan penuh merangkumi OCP dan pemadaman haba. " RDS rendah (aktif) membolehkan cip ini menangani arus tinggi.

C1 dan C2 digunakan untuk mengurangi suara voltan input. R2, R4, dan R5 membina jalan maklum balas ke cip. R2 adalah potensiometer 200K multiturn untuk menyesuaikan voltan keluaran. L1 dan C4 adalah elemen penukar buck yang penting. L2, C5, dan C7 membuat penapis LC keluaran tambahan yang saya tambahkan untuk mengurangkan bunyi dan riak. Kekerapan pemotongan penapis ini adalah sekitar 1KHz. R6 menghadkan aliran arus ke pin EN. Nilai R1 telah ditetapkan mengikut lembaran data. R3 dan C3 berkaitan dengan litar bootstrap dan ditentukan mengikut lembaran data.

Rajah 2 menunjukkan kecekapan vs plot arus keluaran. Kecekapan tertinggi untuk hampir semua voltan input telah dicapai sekitar 1A.

Langkah 3: Rajah 2, Kecekapan Arus Output

[2]: Susun atur PCB Gambar 3 menunjukkan susun atur PCB yang dirancang. Ia adalah papan dua lapisan kecil (2.1cm * 2.6cm).

Saya menggunakan perpustakaan komponen SamacSys (simbol Skematik dan jejak PCB) untuk IC1 [2] kerana perpustakaan ini percuma dan yang lebih penting, mereka mengikuti standard IPC industri. Saya menggunakan perisian CAD Altium Designer, jadi saya menggunakan pemalam SamacSys Altium untuk memasang pustaka komponen secara langsung [3]. Rajah 4 menunjukkan komponen yang dipilih. Anda juga boleh mencari dan memasang / menggunakan perpustakaan komponen pasif.

Langkah 4: Rajah 3, Susun atur PCB Penukar Buck DC ke DC

Langkah 5: Rajah 4, Komponen Terpilih (IC1) Dari SamacSys Altium Plugin

Ini adalah semakan terakhir papan PCB. Gambar 5 dan gambar 6 menunjukkan paparan 3D papan PCB, dari atas dan bawah.

Langkah 6: Gambar 5 & 6, Paparan 3D Papan PCB (ATAS dan Punggung)

[3]: Pembinaan dan UjianFigure 7 menunjukkan prototaip pertama (versi pertama) papan. Papan PCB telah dibuat oleh PCBWay, yang merupakan papan berkualiti tinggi. Saya tidak mempunyai masalah dengan pematerian.

Seperti yang jelas dalam gambar 8, saya telah mengubahsuai beberapa bahagian litar untuk mencapai kebisingan yang lebih rendah, jadi Skema dan PCB yang disediakan adalah versi terbaru.

Langkah 7: Gambar 7, Prototaip Pertama (Versi Lama) dari Buck Converter

Setelah menyolder komponen, kami bersedia untuk menguji litar. Lembar data mengatakan bahawa kita dapat menerapkan voltan dari 4.5V hingga 24V ke input. Perbezaan utama antara prototaip pertama (papan uji saya) dan PCB / Skema terakhir adalah beberapa pengubahsuaian dalam reka bentuk PCB dan penempatan / nilai komponen. Untuk prototaip pertama, kapasitor output hanya 22uF-35V. Oleh itu, saya menukarnya dengan dua kapasitor SMD 47uF (pakej C5 dan C7, 1210). Saya menggunakan modifikasi yang sama untuk input dan menggantikan kapasitor input dengan dua kapasitor berkadar 35V. Juga, saya menukar lokasi tajuk output.

Oleh kerana voltan keluaran maksimum adalah 21V dan kapasitor dinilai pada 25V (seramik), maka tidak seharusnya ada masalah kadar voltan, namun, jika anda mempunyai kebimbangan mengenai voltan pengenal kapasitor, cukup kurangkan nilai kapasitansinya menjadi 22uF dan tingkatkan voltan berkadar hingga 35V. Anda selalu dapat mengimbangi ini dengan menambahkan kapasitor output tambahan pada litar / beban sasaran anda. Malah anda boleh menambahkan kapasitor 470uF atau 1000uF "secara luaran" kerana tidak ada ruang yang cukup di papan untuk memuat mana-mana dari mereka. Sebenarnya, dengan menambahkan lebih banyak kapasitor, kita mengurangkan frekuensi pemotongan penapis akhir, sehingga akan mengurangkan lebih banyak suara.

Lebih baik anda menggunakan kapasitor secara selari. Contohnya, gunakan dua 470uF secara selari dan bukannya satu 1000uF. Ini membantu mengurangkan jumlah nilai ESR (peraturan perintang selari).

Sekarang mari kita periksa riak output dan kebisingan dengan menggunakan osiloskop hujung depan dengan kebisingan rendah seperti Siglent SDS1104X-E. Ia dapat mengukur voltan hingga 500uV / div, yang merupakan ciri yang sangat bagus.

Saya menyolder papan penukar, disertakan dengan kapasitor 470uF-35V luaran, pada sekeping kecil papan prototaip DIY untuk menguji riak dan bunyi (gambar 8)

Langkah 8: Rajah 8, Papan Penukar pada Papan Kecil Prototaip DIY (termasuk Kapasitor Keluaran 470uF)

Apabila voltan input tinggi (24V) dan voltan keluaran rendah (misalnya 5V), riak dan bunyi maksimum harus dihasilkan kerana perbezaan voltan input dan output tinggi. Oleh itu mari kita lengkapkan probe osiloskop dengan pegas tanah dan periksa bunyi output (gambar 9). Penting untuk menggunakan ground-spring, kerana kabel ground probe osiloskop dapat menyerap banyak suara mode biasa, terutama dalam pengukuran tersebut.

Langkah 9: Gambar 9, Mengganti Kawat Tanah Probe dengan Ground-spring

Rajah 10 menunjukkan bunyi output ketika inputnya 24V dan outputnya 5V. Perlu dinyatakan bahawa output penukar adalah percuma dan belum disambungkan ke beban.

Langkah 10: Gambar 10, Kebisingan Output Penukar DC ke DC (input = 24V, Output = 5V)

Sekarang mari kita uji bunyi output di bawah perbezaan voltan input / output terendah (0.8V). Saya menetapkan voltan input ke 12V dan output ke 11.2V (gambar 11).

Langkah 11: Rajah 11, Kebisingan Keluaran Di Bawah Perbezaan Voltan Input / keluaran Terendah (input = 12V, Output = 11.2V)

Harap diperhatikan bahawa dengan meningkatkan arus keluaran (menambahkan beban), bunyi / riak output meningkat. Ini adalah kisah benar untuk semua bekalan kuasa atau penukar.

[4] Bil Bahan

Gambar 12 menunjukkan bil bahan projek.