97% doeltreffende DC na DC Buck -omskakelaar [3A, verstelbaar]: 12 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

'N Klein DC -na -DC -omskakelbord is nuttig vir baie toepassings, veral as dit strome tot 3A kan lewer (2A aanhoudend sonder koellichaam). In hierdie artikel leer ons hoe u 'n klein, doeltreffende en goedkoop omskakelaarbaan bou.

[1]: Kringontleding

Figuur 1 toon die skematiese diagram van die toestel. Die hoofkomponent is die MP2315 step-down buck converter.

Stap 1: Verwysings

Bron van die artikel: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B… [1]:

[2]:

[3]:

Stap 2: Figuur 1, skematiese diagram van die DC na DC Buck Converter

Volgens die datablad MP2315 [1]: “Die MP2315 is 'n hoëfrekwensie sinchrone gelykgemaakte afskakelingsomskakelaar met ingeboude interne krag MOSFET's. Dit bied 'n baie kompakte oplossing om 3A deurlopende uitsetstroom te bereik oor 'n wye ingangstoevoerreeks met uitstekende las- en lynregulering. Die MP2315 het 'n sinchrone modus vir meer doeltreffendheid as die laaibereik van die uitsetstroom. Die huidige modus bied 'n vinnige verbygaande reaksie en vergemaklik lusstabilisering. Volledige beskermingsfunksies sluit in OCP en termiese afskakeling.” Lae RDS (aan) laat hierdie chip toe om hoë strome te hanteer.

C1 en C2 word gebruik om insetspanninggeluide te verminder. R2, R4 en R5 bou 'n terugvoerpad na die chip. R2 is 'n 200K multiturn -potensiometer om die uitsetspanning aan te pas. L1 en C4 is die belangrikste bokomskakelaarelemente. L2, C5 en C7 maak 'n ekstra LC -filter wat ek bygevoeg het om die geraas en rimpeling te verminder. Die afsnyfrekwensie van hierdie filter is ongeveer 1KHz. R6 beperk die huidige vloei tot die EN -pen. Die R1 -waarde is volgens die datablad bepaal. R3 en C3 hou verband met die bootstrap -kring en word bepaal volgens die datablad.

Figuur 2 toon die doeltreffendheid vs uitsetstroom plot. Die hoogste doeltreffendheid vir bykans alle ingangsspannings is bereik by ongeveer 1A.

Stap 3: Figuur 2, Doeltreffendheid versus uitsetstroom

[2]: PCB -uitleg Figuur 3 toon die ontwerpte PCB -uitleg. Dit is 'n klein (2,1 cm*2,6 cm) bord met twee lae.

Ek het die SamacSys -komponentbiblioteke (skematiese simbool en PCB -voetafdruk) vir die IC1 [2] gebruik, want hierdie biblioteke is gratis en belangriker nog: dit volg die industriële IPC -standaarde. Ek gebruik die Altium Designer CAD -sagteware, so ek het die SamacSys Altium -inprop gebruik om die komponentbiblioteke [3] direk te installeer. Figuur 4 toon die geselekteerde komponente. U kan ook die passiewe komponente -biblioteke soek en installeer/gebruik.

Stap 4: Figuur 3, PCB -uitleg van die DC na DC Buck Converter

Stap 5: Figuur 4, geselekteerde komponent (IC1) uit die SamacSys Altium -inprop

Dit is die laaste hersiening van die PCB -bord. Figuur 5 en figuur 6 toon 3D -aansigte van die printplaat, van bo en onder.

Stap 6: Figuur 5 & 6, 3D -aansigte van die printplaat (TOP en Buttom)

[3]: Konstruksie en toets Figuur 7 toon die eerste prototipe (eerste weergawe) van die bord. Die PCB-bord is vervaardig deur die PCBWay, 'n bord van hoë gehalte. Ek het geen probleem gehad met die soldeer nie.

Soos dit duidelik is in figuur 8, het ek 'n paar dele van die stroombaan verander om laer geraas te verkry, dus die skema en PCB is die nuutste weergawes.

Stap 7: Figuur 7, die eerste prototipe ('n ouer weergawe) van die Buck Converter

Nadat ons die komponente gesoldeer het, is ons gereed om die stroombaan te toets. Die datablad sê dat ons 'n spanning van 4.5V tot 24V op die ingang kan toepas. Die belangrikste verskille tussen die eerste prototipe (my getoetste bord) en die laaste PCB/skematiese is 'n paar wysigings in die PCB -ontwerp en komponentplasing/waardes. Vir die eerste prototipe is die uitsetkapasitor slegs 22uF-35V. Dus het ek dit verander met twee 47uF SMD -kapasitors (C5 en C7, 1210 pakkette). Ek het dieselfde wysigings vir die ingang aangebring en die ingangskondensator vervang met twee 35V -gegradeerde kapasitors. Ek het ook die ligging van die uitsetkop verander.

Aangesien die maksimum uitgangsspanning 21V is en kondensators op 25V (keramiek) gegradeer is, behoort daar geen probleem met die spanning te wees nie, maar as u bekommerd is oor die nominale spannings van die kondensators, moet u die kapasitansie -waardes tot 22uF verlaag en die nominale spannings tot 35V. U kan dit altyd vergoed deur ekstra uitsetkapasitors op u teikenbaan/las te voeg. Selfs u kan 'n eksterne kapasiteit van 470uF of 1000uF byvoeg, want daar is nie genoeg ruimte op die bord om by elkeen van hulle te pas nie. Deur meer kapasitors by te voeg, verminder ons die afsnyfrekwensie van die finale filter, sodat dit meer geluide onderdruk.

Dit is beter dat u die kapasitors gelyktydig gebruik. Gebruik byvoorbeeld twee 470uF parallel in plaas van een 1000uF. Dit help om die totale ESR -waarde (die parallelweerstandreël) te verminder.

Laat ons nou die uitslag rimpel en geraas ondersoek deur 'n lae-ruis voorkant ossilloskoop soos Siglent SDS1104X-E te gebruik. Dit kan spanning tot 500uV/div meet, wat 'n baie goeie funksie is.

Ek het die omskakelbord, saam met 'n eksterne 470uF-35V-kondensator, aan 'n klein stuk DIY prototipe bord gesoldeer om die rimpel en geraas te toets (figuur 8)

Stap 8: Figuur 8, die omskakelbord op 'n klein stukkie DIY prototipe bord (insluitend 'n 470uF -uitgangskondensator)

As die insetspanning hoog is (24V) en die uitsetspanning laag is (byvoorbeeld 5V), moet die maksimum rimpel en geraas gegenereer word omdat die inset- en uitsetspanningverskil hoog is. Laat ons dus die ossilloskoop-sonde toerus met 'n grondveer en kyk na die uitsetgeluid (figuur 9). Dit is noodsaaklik om die grondveer te gebruik, want die gronddraad van die ossilloskoop-sonde kan baie algemene geluide absorbeer, veral in sulke metings.

Stap 9: Figuur 9, vervang die sonde se gronddraad met 'n grondveer

Figuur 10 toon die uitsetgeraas wanneer die inset 24V is en die uitset 5V is. Daar moet genoem word dat die uitset van die omskakelaar gratis is en nie aan enige las gekoppel is nie.

Stap 10: Figuur 10, Uitgangsgeruis van die DC na DC -omskakelaar (inset = 24V, uitset = 5V)

Laat ons nou die uitgangsgeraas toets onder die laagste ingang/uitsetverskil (0.8V). Ek stel die insetspanning op 12V en die uitset op 11.2V (figuur 11).

Stap 11: Figuur 11, Uitgangsgeraas onder die laagste in-/uitsetspanningverskil (inset = 12V, uitset = 11.2V)

Let daarop dat deur die uitsetstroom te verhoog ('n las by te voeg), die geraas/rimpel van die uitset toeneem. Dit is 'n ware verhaal vir alle kragtoevoer of omsetters.

[4] Materiaalbrief

Figuur 12 toon die materiaalbrief van die projek.