DIY High Efficiency 5V Output Buck Converter !: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Jeg ønskede en effektiv måde at trappe højere spændinger fra LiPo -pakker (og andre kilder) til 5V til elektronikprojekter. Tidligere har jeg brugt generiske buck -moduler fra eBay, men den tvivlsomme kvalitetskontrol og ingen navneelektrolytkondensatorer fyldte mig ikke med tillid.

Så jeg besluttede, at jeg ville lave min egen step down converter for ikke kun at udfordre mig selv, men også at lave noget nyttigt!

Det, jeg endte med, er en bukkonverter, der har et meget bredt indgangsspændingsområde (6V op til 50V indgang) og udsender 5V ved op til 1A belastningsstrøm alt i en lille formfaktor. Den maksimale effektivitet, jeg målte, var 94%, så dette kredsløb er ikke kun lille, men det forbliver også køligt.

Trin 1: Valg af en Buck IC

Selvom du helt sikkert kan lave en bukkonverter med en håndfuld op-forstærkere og andre understøttende komponenter, får du bedre ydeevne og sparer sikkert en masse PCB-område, hvis du i stedet vælger en dedikeret bukkonverter IC.

Du kan bruge søge- og filtreringsfunktionerne på websteder som DigiKey, Mouser og Farnell til at finde en passende IC til dine behov. På billedet ovenfor kan du se en skræmmende 16, 453 dele blive indsnævret til 12 muligheder på bare et par klik!

Jeg gik med MAX17502F i en lille 3 mm x 2 mm pakke, men en lidt større pakke ville nok være bedre, hvis du planlægger at lodde komponenterne i hånden. Denne IC har mange funktioner, hvoraf det mest bemærkelsesværdige er det store inputområde på op til 60V* og de interne strøm -FET'er, der betyder, at der ikke er behov for ekstern MOSFET eller diode.

*Bemærk, at jeg i introen oplyste, at det var 50V input, men at delen kan klare 60V? Dette skyldes inputkondensatorerne, og hvis du har brug for 60V input, kan kredsløbet ændres, så det passer.

Trin 2: Kontroller databladet for din valgte IC

Oftere end ikke vil der være vist det, der kaldes et "Typisk applikationskredsløb" i databladet, hvilket vil være meget lig det, du forsøger at opnå. Dette var sandt for min sag, og selvom man bare kunne kopiere komponentværdierne og kalde det udført, vil jeg anbefale at følge designproceduren (hvis den findes).

Her er databladet til MAX17502F:

Fra side 12 er der omkring et dusin meget enkle ligninger, der kan hjælpe dig med at vælge mere passende komponentværdier, og det hjælper også med at give detaljer om nogle af tærskelværdierne - såsom minimumsinduktansværdi.

Trin 3: Vælg komponenter til dit kredsløb

Vent, jeg troede, vi allerede havde denne del? Nå, den forrige del var at finde de ideelle komponentværdier, men i den virkelige verden må vi nøjes med ikke-ideelle komponenter og de forbehold, der følger med.

Som et eksempel bruges flerlags keramiske kondensatorer (MLCC'er) til input og output kondensatorer. MLCC'er har mange fordele i forhold til elektrolytkondensatorer - især i DC/DC -omformere - men de er underlagt noget, der kaldes DC Bias.

Når en DC -spænding tilføres en MLCC, kan kapacitansvurderingen falde med op til 60%! Det betyder, at din 10µF kondensator nu kun er 4µF ved en bestemt DC -spænding. Tro mig ikke? Tag et kig på TDK -webstedet, og rul ned efter karakteristiske data for denne 10µF kondensator.

En let løsning på denne type problem er enkel, brug bare mere MLCC parallelt. Dette hjælper også med at reducere spændingsrippel, da ESR reduceres og er meget almindeligt at se i kommercielle produkter, der skal opfylde strenge specifikationer for spændingsregulering.

På ovenstående billeder er der en skematisk og tilsvarende materialestørrelse (stykliste) fra MAX17502F Evaluation Kit, så hvis du ikke synes at finde et godt komponentvalg, så gå med det afprøvede eksempel:)

Trin 4: Befolkning af skematisk og PCB -layout

Med dine faktiske komponenter valgt er det tid til at oprette en skematisk, der fanger disse komponenter, til dette valgte jeg EasyEDA, som jeg har brugt det før med positive resultater. Tilføj blot dine komponenter, og sørg for, at de har den rigtige størrelse fodaftryk, og tilslut komponenterne sammen ligesom det typiske applikationskredsløb tidligere.

Når det er fuldført, skal du klikke på knappen "Konverter til PCB", og du vil blive bragt til afsnittet PCB -layout i værktøjet. Bare rolig, hvis du ikke er sikker på noget, da der er mange selvstudier online om EasyEDA.

PCB -layout er meget vigtigt, og det kan gøre forskellen mellem kredsløbet eller ej. Jeg vil kraftigt råde til at følge alle layoutrådene i databladet for IC, hvor det er tilgængeligt. Analog Devices har en fantastisk applikationsnotat om emnet PCB Layout, hvis nogen er interesseret:

Trin 5: Bestil dine printkort

Jeg er sikker på, at de fleste af jer på dette tidspunkt har set salgsfremmende meddelelser i youtube -videoer til JLCPCB og PCBway, så det burde ikke komme som en overraskelse, at jeg også brugte et af disse reklametilbud. Jeg bestilte mine printkort fra JLCPCB, og de ankom lidt over 2 uger senere, så rent monetært er de ganske gode.

Med hensyn til kvaliteten af printkortene har jeg absolut ingen klager, men det kan du være dommer over:)

Trin 6: Montering og test

Jeg lod lodde alle komponenterne på det tomme PCB, hvilket var ganske besværligt, selv med det ekstra rum, jeg forlod mellem komponenterne, men der er montagetjenester fra JLCPCB og andre PCB -leverandører, som ville eliminere behovet for dette trin.

Tilslutning af strøm til inputterminalerne og måling af output blev jeg mødt af 5.02V set af DMM. Når jeg havde bekræftet 5V -output på tværs af hele spændingsområdet, tilsluttede jeg en elektronisk belastning på tværs af output, som blev justeret til 1A strømtrækning.

Buck startede lige op med denne 1A belastningsstrøm, og da jeg målte udgangsspændingen (på tavlen) var den på 5,01V, så belastningsreguleringen var meget god. Jeg indstillede indgangsspændingen til 12V, da dette var en af de tilfælde, jeg havde i tankerne for dette kort, og jeg målte indgangsstrømmen til 0,476A. Dette giver en effektivitet på cirka 87,7%, men ideelt set vil du gerne have en fire DMM -testmetode til effektivitetsmålinger.

Ved 1A belastningsstrøm bemærkede jeg, at effektiviteten var lidt lavere end forventet, jeg tror, at dette skyldes (I^2 * R) tab i induktoren og i selve IC'en. For at bekræfte dette satte jeg belastningsstrømmen til det halve og gentog ovenstående måling for at få en effektivitet på 94%. Det betyder, at ved at halvere udgangsstrømmen blev effekttabet reduceret fra ~ 615mW ned til ~ 300mW. Nogle tab vil være uundgåelige, såsom at skifte tab inde i IC samt hvilestrøm, så jeg er stadig meget tilfreds med dette resultat.

Trin 7: Inkluder din brugerdefinerede PCB i nogle projekter

Nu har du en stabil 5V 1A forsyning, der kan drives fra et 2S til 11S litiumbatteri eller en anden kilde mellem 6V og 50V, der er ingen grund til at bekymre dig om, hvordan du driver dine egne elektronikprojekter. Det være sig mikrokontrollerbaseret eller rent analogt kredsløb, denne lille buck -konverter kan alt!

Jeg håber, at du nød denne rejse, og hvis du har nået så langt, skal du have mange tak for din læsning!