Үр ашгийн эрэлд: 9 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

"DPAK" хэмжээтэй BUCK хөрвүүлэгч

Ихэвчлэн цахим эсвэл хобби зохион бүтээгчдэд ихэвчлэн хэвлэмэл хэлхээний самбар эсвэл талхны самбар дээр хүчдэлийн зохицуулагч хэрэгтэй болно. Харамсалтай нь энгийн байдлаар бид хүчдэлийн шугаман зохицуулагчийг ашигладаг боловч тийм ч муу зүйл байдаггүй, учир нь програмаас хамаарах нь чухал байдаг.

Жишээлбэл, нарийн аналог төхөөрөмжүүдэд (хэмжих төхөөрөмж гэх мэт) шугаман хүчдэлийн зохицуулагчийг илүү сайн ашигладаг (дуу чимээний асуудлыг багасгах). Цахилгаан электрон төхөөрөмжүүдийн хувьд чийдэнгийн LED, эсвэл шугаман зохицуулагчийн үе шатыг урьдчилан тохируулагч (үр ашгийг дээшлүүлэх) нь DC/DC BUCK хувиргагч хүчдэлийн зохицуулагчийг үндсэн хангамж болгон ашиглах нь илүү дээр юм, учир нь эдгээр төхөөрөмжүүд нь шугаман зохицуулагчаас илүү үр ашигтай байдаг. өндөр гүйдлийн гаралт эсвэл ачаалал ихтэй.

Өөр нэг гоёмсог ч хурдан биш бас нэг сонголт бол угсармал модульд DC / DC хөрвүүлэгчийг ашиглах бөгөөд тэдгээрийг манай хэвлэмэл хэлхээний дээр нэмж оруулах боловч энэ нь хэлхээний самбарыг илүү том болгож өгдөг.

Хоббичин эсвэл электроникийн эхлэгчдэд санал болгож буй шийдэл нь гадаргуу дээр суурилуулсан боловч зай хэмнэх модуль болох DC/DC BUCK хөрвүүлэгч модулийг ашигладаг.

Хангамж

• 1 Бак шилжих хөрвүүлэгч 3А --- RT6214.
• 1 индуктор 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 конденсатор 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 конденсатор 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 конденсатор 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 эсэргүүцэл 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 эсэргүүцэл 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

Алхам 1: Шилдэг жолоочийг сонгох

DC/DC BUCK хөрвүүлэгчийг сонгох

DC/DC Buck хөрвүүлэгчийг зохион бүтээх эхний алхам бол манай програмын хамгийн сайн шийдлийг олох явдал юм. Илүү хурдан шийдэл бол сэлгэн залгах хянагч ашиглахын оронд шилжүүлэгч зохицуулагчийг ашиглах явдал юм.

Эдгээр хоёр сонголтын ялгааг доор харуулав.

Шилжүүлэгч зохицуулагч

1. Ихэнхдээ тэд цул хэлбэртэй байдаг.
2. Үр ашиг нь илүү дээр юм.
3. Тэд маш өндөр гаралтын урсгалыг дэмждэггүй.
4. Тэдгээрийг тогтворжуулах нь илүү хялбар байдаг (Зөвхөн хэлхээний RC шаардлагатай).
5. Хэлхээний загварыг гаргахын тулд хэрэглэгч DC/DC хөрвүүлэгчийн талаар тийм ч их мэдлэг шаардагдаагүй болно.
6. Зөвхөн тодорхой топологид ажиллахаар урьдчилан тохируулсан болно.
7. Эцсийн үнэ бага байна.

Шилжүүлэгч зохицуулагчаар багасгасан жишээг доор харуулаарай [Энэ алхам дээрх анхны зураг].

Шилжүүлэгч хянагч

1. MOSFET ба диод гэх мэт маш олон гадаад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг шаарддаг.
2. Тэдгээр нь илүү төвөгтэй бөгөөд хэлхээний дизайныг гаргахын тулд хэрэглэгч DC/DC хөрвүүлэгчийн талаар илүү их мэдлэгтэй байх шаардлагатай.
3. Тэд илүү олон топологи ашиглаж болно.
4. Маш өндөр гаралтын гүйдлийг дэмжих.
5. Эцсийн үнэ илүү өндөр байна.

Шилжүүлэгч хянагчийн ердийн хэрэглээний схемийг доор харуул [Энэ алхам дээрх хоёр дахь зураг]

• Дараахь зүйлийг анхаарч үзээрэй.

  1. Зардал.
  2. Орон зай [Цахилгаан гаралт нь үүнээс хамаарна].
  3. Цахилгаан гаралт.
  4. Үр ашиг.
  5. Нарийн төвөгтэй байдал.

Энэ тохиолдолд би Richtek RT6214 [A -ийг тасралтгүй горимд ашиглах нь хатуу ачаалалд илүү тохиромжтой бөгөөд тасралтгүй горимд ажилладаг В хувилбар нь хөнгөн ачаалалд илүү тохиромжтой бөгөөд бага гаралтын гүйдлийн үр ашгийг дээшлүүлдэг] нь DC юм. /DC Buck Converter цул [иймээс хөрвүүлэгч нь диод шиг ажилладаг MOSFET унтраалга болон бусад MOSFET -ийг нэгтгэсэн тул Power MOSFET, диод Шоттки гэх мэт гадны бүрэлдэхүүн хэсгүүд бидэнд хэрэггүй болно].

Илүү дэлгэрэнгүй мэдээллийг дараах линкүүдээс авах боломжтой: Buck_converter_guide, Бак хөрвүүлэгчийн топологи харьцуулах, Бак хөрвүүлэгч сонгох шалгуур

Алхам 2: Индуктор бол DC/DC хөрвүүлэгчийн хамгийн сайн холбоотон юм

Индукторыг ойлгох нь [Мэдээллийн хуудасны дүн шинжилгээ]

Миний хэлхээний орон зайг харгалзан би ECS-MPI4040R4-4R7-R-ийг 4.7uH, нэрлэсэн гүйдэл 2.9А, ханалтын гүйдэл 3.9А ба тогтмол гүйдлийн эсэргүүцэл 67 м ом ашигладаг.

Нэрлэсэн гүйдэл

Нэрлэсэн гүйдэл нь индуктор нь индуктив гэх мэт шинж чанараа алддаггүй бөгөөд орчны температурыг нэмэгдүүлдэггүй одоогийн утга юм.

Ханасан гүйдэл

Индуктор дахь ханалтын гүйдэл нь ороомгийн шинж чанараа алдаж, соронзон орон дахь энергийг хадгалахын тулд ажиллахгүй байгаа одоогийн утга юм.

Хэмжээ ба эсэргүүцэл

Орон зай ба эсэргүүцэл нь бие биенээсээ хамааралтай байдаг ердийн зан үйл, учир нь хэрэв зай хэмнэх юм бол бид зай хэмнэх хэрэгтэй бөгөөд соронзон утсан дахь AWG -ийн утгыг бууруулж, хэрэв би эсэргүүцлээ алдахыг хүсч байвал соронзон утсан дахь AWG утгыг нэмэгдүүлэх ёстой.

Өөрөө резонансын давтамж

Өөрөө резонансын давтамжийг солих давтамж нь индукцийг цуцалж, паразитийн багтаамж одоо л байгаа үед хүрдэг. Олон үйлдвэрлэгчид ороомгийн давтамжийг өөрөө резонансын давтамжаас дор хаяж арван жилийн турш байлгахыг зөвлөж байна. Жишээлбэл

Өөрөө резонансын давтамж = 10 МГц.

f-шилжих = 1MHz.

Арван жил = бүртгэл [суурь 10] (Өөрөө резонансын давтамж / f - шилжих)

Арван жил = бүртгэл [суурь 10] (10МГц / 1МГц)

Арван жил = 1

Хэрэв та индукторын талаар илүү ихийг мэдэхийг хүсвэл дараах холбоосыг шалгана уу: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs nominal_current

Алхам 3: Индуктор бол зүрх юм

Хамгийн тохиромжтой индукторыг сонгох

Индуктор нь DC / DC хөрвүүлэгчдийн зүрх юм.

Зохицуулагч хүчдэл, нэрлэсэн гүйдэл, ханалтын гүйдэл, долгионы гүйдлийн гаралтын гүйдэл

Энэ тохиолдолд үйлдвэрлэгч нь долгионы гүйдэл, хүчдэлийн гаралт, хүчдэлийн оролт, шилжих давтамжийн дагуу хамгийн тохиромжтой индукторыг тооцоолох тэгшитгэлийг өгдөг. Тэгшитгэлийг доор харуулав.

L = Vout (Vin-Vout) / Vin x f-switching x ripple current.

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

IL (оргил) = Iout (Max) + долгионы гүйдэл / 2.

Долгионы гүйдлийн тэгшитгэлийг миний индуктор дээр ашиглах [Утга нь өмнөх алхамд байгаа] үр дүнг доор харуулав.

Vin = 9V.

Vout = 5V.

f-шилжих = 500 кГц.

L = 4.7uH.

Iout = 1.5A.

Хамгийн тохиромжтой долгионы гүйдэл = 1.5А * 50%

Хамгийн тохиромжтой долгионы гүйдэл = 0.750A

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

Ripple гүйдэл = 0.95A*

IL (оргил) = 1.5A + 0.95A / 2

IL (оргил) = 1.975A **

*Долгионы гүйдлийг гаралтын гүйдлийн 20-50% орчимд ашиглахыг зөвлөж байна. Гэхдээ энэ нь ерөнхий дүрэм биш, учир нь энэ нь шилжүүлэгч зохицуулагчийн хариу өгөх хугацаанаас хамаарна. Бид хурдан хариу өгөх шаардлагатай бол индукторын цэнэглэх хугацаа богино тул бага индуктивийг ашиглах шаардлагатай бөгөөд удаан хариу өгөх шаардлагатай бол цэнэглэх хугацаа урт тул өндөр индуктив чанарыг ашиглах ёстой бөгөөд ингэснээр бид EMI -ийг бууруулдаг.

** Үйлдвэрлэгчийн санал болгож буй төхөөрөмж нь хамгаалалтын хүрээг хадгалахын тулд төхөөрөмжийг дэмждэг хөндийн гүйдлийн дээд хэмжээнээс хэтрэхгүй байна. Энэ тохиолдолд хөндийн хамгийн их гүйдэл нь 4.5А байна.

Эдгээр утгыг дараах холбоосоор лавлаж болно: Datasheet_RT6214, Datasheet_Inductor

Алхам 4: Ирээдүй одоо байна

REDEXPERT ашиглан өөрийн хөрвүүлэгчийн хамгийн сайн индукторыг сонгоно уу

REDEXPERT бол таны хөрвүүлэгч, өргөлтийн хөрвүүлэгч, сепик хөрвүүлэгч гэх мэт хамгийн сайн индуктор гэж юу болохыг мэдэх шаардлагатай үед маш сайн хэрэгсэл юм. Энэ хэрэгслийн тусламжтайгаар бид температурын өсөлт ба гүйдэл ба индуктор дахь гүйдэл ба индукцийн алдагдлыг графикаар харах боломжтой. Энэ нь зөвхөн доор үзүүлсэн шиг энгийн оролтын параметрүүдийг шаарддаг.

• Оролтын хүчдэл
• гаралтын хүчдэл
• одоогийн гаралт
• шилжих давтамж
• долгионы урсгал

Дараагийн холбоос нь: REDEXPERT Simulator

Алхам 5: Бидний хэрэгцээ чухал

Гаралтын утгыг тооцоолох

Гаралтын хүчдэлийг тооцоолох нь маш энгийн бөгөөд бид дараахь тэгшитгэлээр тодорхойлогдсон хүчдэл хуваагчийг тодорхойлох хэрэгтэй. Зөвхөн бидэнд R1 хэрэгтэй бөгөөд хүчдэлийн гаралтыг тодорхойлно.

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F].

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]

R1 = R2 (Vout - Vref) / Vref

RT6214AHGJ6F ашиглан жишээг доор үзүүлэв.

R2 = 10k.

Vout = 5.

Vref = 0.8.

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

R1 = 52.5к

Алхам 6: Электроникийн гайхалтай дизайнерын гайхалтай хэрэгсэл

Үйлдвэрлэгчийн хэрэгслийг ашиглана уу

Би Ричтекийн өгсөн симуляцийн хэрэгслүүдийг ашигласан. Энэ орчинд та DC/DC хөрвүүлэгчийн төлөв байдлыг тогтвортой байдлын шинжилгээ, түр зуурын дүн шинжилгээ, эхлүүлэх шинжилгээнд үзэх боломжтой.

Үр дүнг зураг, баримт бичиг, видео симуляцид хамруулж болно.

Алхам 7: Хоёр нь нэгээс илүү

Eagle and Fusion 360 дахь ПХБ -ийн дизайн

ПХБ -ийн загварыг Eagle 9.5.6 дээр Fusion 360 -тай хамтран хийсэн бөгөөд 3D загварыг ПХБ -ийн дизайнтай синхрончилж, хэлхээний дизайныг бодитоор харах боломжтой болно.

Eagle CAD дээр ПХБ үүсгэх чухал цэгүүдийг доор харуулав.

• Номын сан бий болгох.
• Схемийн дизайн.
• ПХБ -ийн дизайн эсвэл Layout дизайн
• Бодит 2D харагдац үүсгэх.
• Загвар зохион бүтээхдээ 3D загварыг төхөөрөмжид нэмнэ үү.
• Eagle ПХБ -ийг Fusion 360 -тай синхрончлоорой.

Тэмдэглэл: Бүх чухал зүйлийг энэ алхамын эхэнд олж авсан зургуудаар дүрсэлсэн болно.

Та энэ хэлхээг GitLab репозитороос татаж авах боломжтой:

Алхам 8: Нэг асуудал, нэг шийдэл

Бүх хувьсагчийг анхаарч үзэхийг хичээ

Хамгийн энгийн нь хэзээ ч илүү дээр байдаггүй … Миний төсөл үүнийг 80ºС хүртэл халаах үед би өөртөө ингэж хэлсэн. Тиймээ, хэрэв танд харьцангуй өндөр гаралтын гүйдэл хэрэгтэй бол шугаман зохицуулагчийг бүү ашиглаарай, учир нь тэд маш их хүчийг алддаг.

Миний асуудал … гаралтын гүйдэл. Шийдэл … нь DC/DC хөрвүүлэгчийг ашиглан DPAK багц дахь шугаман хүчдэлийн зохицуулагчийг солино.

Учир нь би үүнийг Бак DPAK төсөл гэж нэрлэсэн

Алхам 9: Дүгнэлт

DC / DC хувиргагч нь маш өндөр гүйдэл дэх хүчдэлийг зохицуулах маш үр ашигтай систем боловч бага гүйдэлд шугаман зохицуулагчаас ерөнхийдөө үр ашиг багатай боловч үр ашиг багатай байдаг.

Өнөө үед үйлдвэрлэгчид тэдгээрийг хянах, ашиглах аргыг хөнгөвчилсөн тул DC / DC хөрвүүлэгчийг зохион бүтээх нь маш хялбар болсон.