DIY Mataas na Kahusayan 5V Output Buck Converter !: 7 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

Nais ko ang isang mahusay na paraan ng pagbaba ng mas mataas na mga voltages mula sa mga pack ng LiPo (at iba pang mga mapagkukunan) hanggang 5V para sa mga proyekto sa electronics. Noong nakaraan nagamit ko ang mga generic na modyul na buck mula sa eBay, ngunit ang kaduda-dudang kontrol sa kalidad at walang pangalan na electrolytic capacitors ay hindi ako pinunan ng kumpiyansa.

Kaya, napagpasyahan kong gumawa ako ng aking sariling converter pababa upang hindi lamang hamunin ang aking sarili ngunit gumawa din ng isang bagay na kapaki-pakinabang!

Ang natapos ko ay isang buck converter na may napakalawak na saklaw ng boltahe ng pag-input (6V hanggang 50V input) at naglalabas ng 5V hanggang sa 1A na kasalukuyang pag-load lahat sa isang maliit na form factor. Ang rurok na kahusayan na sinukat ko ay 94% kaya't hindi lamang maliit ang circuit na ito ngunit nananatili rin itong cool.

Hakbang 1: Pagpili ng isang Buck IC

Habang tiyak na makakagawa ka ng isang buck converter na may kaunting mga op-amp at iba pang mga sumusuporta sa mga bahagi, makakakuha ka ng mas mahusay na pagganap at tiyak na makatipid ng maraming lugar ng PCB kung sa halip ay pumili ka ng isang nakatuon na buck converter IC.

Maaari mong gamitin ang mga pag-andar sa paghahanap at pag-filter sa mga site tulad ng DigiKey, Mouser, at Farnell upang makahanap ng angkop na IC para sa iyong mga pangangailangan. Sa larawan sa itaas maaari mong makita ang isang nakakatakot na 16, 453 na mga bahagi na mapakipot sa 12 mga pagpipilian sa ilang mga pag-click lamang!

Nagpunta ako kasama ang MAX17502F sa isang maliit na 3mm x 2mm na pakete, ngunit ang isang bahagyang mas malaking pakete ay maaaring mas mahusay kung balak mong i-solder ang mga sangkap. Ang IC na ito ay may maraming mga tampok, pinaka-kapansin-pansin na kung saan ay ang malaking saklaw ng pag-input ng hanggang sa 60V * at ang panloob na kapangyarihan FETs na nangangahulugang walang panlabas na MOSFET o Diode ang kinakailangan.

* Tandaan na sa intro na sinabi ko na ito ay 50V input pa ngunit ang bahagi ay maaaring hawakan 60V? Ito ay dahil sa mga input capacitor at kung kailangan mo ng 60V input ang circuit ay maaaring mabago upang umangkop.

Hakbang 2: Suriin ang Datasheet ng Iyong Piniling IC

Mas madalas kaysa sa hindi, magkakaroon ng tinatawag na "Karaniwang Application Circuit" na ipinapakita sa datasheet na magkatulad sa sinusubukan mong makamit. Ito ay totoo para sa aking kaso at bagaman maaaring kopyahin lamang ng isa ang mga halaga ng sangkap at tawagan itong tapos na, inirerekumenda ko ang pagsunod sa pamamaraan ng disenyo (kung ibinigay).

Narito ang datasheet ng MAX17502F:

Simula sa pahina 12 mayroong tungkol sa isang dosenang napaka-simpleng mga equation na makakatulong sa iyo na pumili ng mas naaangkop na mga halaga ng sangkap at makakatulong din itong magbigay ng mga detalye tungkol sa ilan sa mga halagang threshold - tulad ng minimum na halaga ng inductance.

Hakbang 3: Pumili ng Mga Sangkap para sa Iyong Circuit

Teka Akala ko ba nagawa na natin ang bahaging ito? Sa gayon, ang nakaraang bahagi ay upang hanapin ang mga perpektong halaga ng sangkap, ngunit sa totoong mundo kailangan nating manirahan para sa mga hindi perpektong bahagi at mga pag-uusap na kasama.

Bilang isang halimbawa, ang Multi-Layered Ceramic Capacitors (MLCCs) ay ginagamit para sa input at output capacitors. Ang mga MLCC ay maraming benepisyo sa mga electrolytic capacitor - lalo na sa mga converter ng DC / DC - ngunit napapailalim sila sa isang bagay na tinatawag na DC Bias.

Kapag ang isang boltahe ng DC ay inilapat sa isang MLCC, ang rating ng capacitance ay maaaring bumaba ng hanggang sa 60%! Nangangahulugan ito na ang iyong 10µF capacitor ay 4µF lamang sa isang tiyak na boltahe ng DC. Huwag kang maniwala? Tingnan ang website ng TDK at mag-scroll pababa para sa katangian na data para sa 10µF capacitor na ito.

Ang isang madaling pag-aayos para sa ganitong uri ng isyu ay simple, gumamit lamang ng mas maraming MLCC sa kahanay. Nakakatulong din ito upang mabawasan ang boltahe na ripple habang ang ESR ay nabawasan at napakakaraniwan na makita sa mga produktong komersyal na kailangang matugunan ang mahigpit na mga detalye ng regulasyon ng boltahe.

Sa mga imaheng nasa itaas ay may isang eskematiko at kaukulang Bill of Materials (BOM) mula sa MAX17502F Evaluation Kit, kaya kung hindi ka makahanap ng isang mahusay na pagpipilian ng sangkap pagkatapos ay sumama sa sinubukan at nasubukan na halimbawa:)

Hakbang 4: Populasyon ng Layout ng Skema at PCB

Sa iyong mga tunay na sangkap na napili oras na upang lumikha ng isang iskematiko na kinukuha ang mga sangkap na ito, para dito pinili ko ang EasyEDA habang ginamit ko ito dati na may positibong resulta. Idagdag lamang ang iyong mga bahagi, tiyakin na mayroon silang tamang sukat ng yapak at maiugnay ang mga bahagi nang magkasama tulad ng karaniwang circuit ng application dati.

Kapag nakumpleto na iyon, mag-click sa pindutang "I-convert sa PCB" at dadalhin ka sa seksyon ng Layout ng PCB ng tool. Huwag mag-alala kung hindi ka sigurado sa isang bagay dahil maraming mga tutorial sa online tungkol sa EasyEDA.

Napakahalaga ng layout ng PCB at maaari nitong gawin ang pagkakaiba sa pagitan ng circuit na gumagana o hindi. Masidhi kong pinapayuhan na sundin ang lahat ng payo ng layout sa datasheet ng IC kung saan magagamit. Ang Analog Devices ay may mahusay na tala ng aplikasyon sa paksa ng PCB Layout kung may interesado:

Hakbang 5: Mag-order ng Iyong mga PCB

Sigurado akong karamihan sa iyo sa puntong ito ay nakakita na ng mga pang-promosyong mensahe sa mga video sa youtube para sa JLCPCB at PCBway, kaya't hindi dapat sorpresa na ginamit ko rin ang isa sa mga pampromosyong alok na ito. Inorder ko ang aking mga PCB mula sa JLCPCB at nakarating sila nang higit sa 2 linggo mamaya, mula lamang sa isang pananaw ng pera na sila ay mahusay.

Tulad ng para sa kalidad ng mga PCB wala akong ganap na reklamo, ngunit maaari kang maging hukom niyan:)

Hakbang 6: Assembly at Pagsubok

Ini-solder ko ang lahat ng mga sangkap sa blangkong PCB na kung saan ay fiddly kahit na sa sobrang silid na naiwan ko sa pagitan ng mga bahagi, ngunit may mga serbisyo sa pagpupulong ng JLCPCB at iba pang mga vendor ng PCB na aalisin ang pangangailangan para sa hakbang na ito.

Pag-hook ng lakas sa mga input terminal at pagsukat ng output, sinalubong ako ng 5.02V tulad ng nakikita ng DMM. Kapag na-verify ko ang output ng 5V sa buong saklaw ng boltahe, nakakonekta ako sa isang elektronikong pagkarga sa output na naayos sa 1A kasalukuyang gumuhit.

Ang Buck ay nagsimula nang diretso sa kasalukuyang pag-load ng 1A at kapag sinukat ko ang output boltahe (sa board) ito ay nasa 5.01V, kaya napakahusay ng regulasyon ng pag-load. Itinakda ko ang input boltahe sa 12V dahil ito ang isa sa mga kaso ng paggamit na nasa isip ko para sa board na ito at sinukat ko ang kasalukuyang pag-input bilang 0.476A. Nagbibigay ito ng isang kahusayan ng halos 87.7% ngunit perpekto na nais mo ang isang diskarte sa pagsubok na apat na DMM para sa mga sukat ng kahusayan.

Sa 1A kasalukuyang pag-load napansin ko ang kahusayan ay medyo mas mababa kaysa sa inaasahan, naniniwala ako na ito ay dahil sa (I ^ 2 * R) pagkalugi sa inductor at sa IC mismo. Upang kumpirmahin ito, itinakda ko ang kasalukuyang karga sa kalahati at inulit ang pagsukat sa itaas upang makakuha ng isang kahusayan na 94%. Nangangahulugan ito na sa pamamagitan ng paghati ng kasalukuyang output ang pagkawala ng kuryente ay nabawasan mula ~ 615mW pababa sa ~ 300mW. Ang ilang mga pagkalugi ay hindi maiiwasan, tulad ng paglipat ng mga pagkalugi sa loob ng IC pati na rin ang kasalukuyang pagtahimik, kaya't nalulugod pa rin ako sa resulta na ito.

Hakbang 7: Isama ang Iyong Pasadyang PCB Sa Ilang Mga Proyekto

Ngayon mayroon kang isang matatag na 5V 1A na suplay na maaaring mapagana mula sa isang 2S hanggang 11S lithium pack ng baterya, o anumang iba pang mapagkukunan sa pagitan ng 6V at 50V, hindi na kailangang mag-alala tungkol sa kung paano mapalakas ang iyong sariling mga proyekto sa electronics. Maging batay ito sa microcontroller o pulos analog circuitry, magagawa ng maliit na converter ng ito na!

Inaasahan kong nasiyahan ka sa paglalakbay na ito at kung nakarating ka dito, maraming salamat sa pagbabasa!