DIY عالية الكفاءة 5V الناتج باك المحول: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

أردت طريقة فعالة للتنحي عن الفولتية العالية من حزم LiPo (ومصادر أخرى) إلى 5V لمشاريع الإلكترونيات. في الماضي ، استخدمت وحدات باك عامة من eBay ، لكن مراقبة الجودة المشكوك فيها وعدم وجود مكثفات إلكتروليتية الاسم لم تملأني بالثقة.

لذلك ، قررت أن أقوم بعمل محول التنحي الخاص بي ليس فقط لتحدي نفسي ولكن لأجعل شيئًا مفيدًا أيضًا!

ما انتهيت إليه هو محول باك يحتوي على نطاق جهد دخل واسع للغاية (6 فولت حتى 50 فولت) ومخرجات 5 فولت بتيار تحميل يصل إلى 1 أمبير ، كل ذلك في عامل شكل صغير. كانت ذروة الكفاءة التي قمت بقياسها 94٪ ، لذا فإن هذه الدائرة ليست صغيرة فحسب ، ولكنها تظل باردة أيضًا.

الخطوة 1: اختيار Buck IC

على الرغم من أنه يمكنك بالتأكيد إنشاء محول باك مع عدد قليل من المكبرات التشغيلية والمكونات الداعمة الأخرى ، ستحصل على أداء أفضل وستوفر بالتأكيد الكثير من مساحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور إذا اخترت بدلاً من ذلك محول باك مخصص IC.

يمكنك استخدام وظائف البحث والتصفية على مواقع مثل DigiKey و Mouser و Farnell للعثور على IC مناسب لاحتياجاتك. في الصورة أعلاه ، يمكنك رؤية 16 و 453 جزءًا شاقًا يتم تضييقها إلى 12 خيارًا في بضع نقرات فقط!

ذهبت مع MAX17502F في عبوة صغيرة 3 مم × 2 مم ، ولكن من المحتمل أن تكون الحزمة الأكبر قليلاً أفضل إذا كنت تخطط لتلحيم المكونات يدويًا. يحتوي هذا IC على الكثير من الميزات ، وأبرزها نطاق الإدخال الكبير الذي يصل إلى 60 فولت * وقوة FET الداخلية التي تعني عدم الحاجة إلى MOSFET أو الصمام الثنائي الخارجي.

* لاحظ أنه في المقدمة ذكرت أنه كان إدخال 50 فولت ولكن الجزء يمكنه التعامل مع 60 فولت؟ هذا بسبب مكثفات الإدخال وإذا كنت بحاجة إلى إدخال 60 فولت ، يمكن تعديل الدائرة لتناسب.

الخطوة 2: تحقق من ورقة بيانات IC المختار

في أغلب الأحيان ، سيكون هناك ما يسمى "دائرة التطبيق النموذجية" معروضة في ورقة البيانات والتي ستكون مشابهة جدًا لما تحاول تحقيقه. كان هذا صحيحًا بالنسبة لحالتي ، وعلى الرغم من أنه يمكن للمرء فقط نسخ قيم المكونات واستدعائها ، إلا أنني أوصي باتباع إجراء التصميم (إذا تم توفيره).

ها هي ورقة بيانات MAX17502F:

بدءًا من الصفحة 12 ، يوجد حوالي اثنتي عشرة معادلة بسيطة جدًا يمكنها مساعدتك في اختيار قيم مكونات أكثر ملاءمة ، كما أنها تساعد في توفير تفاصيل حول بعض قيم العتبة - مثل قيمة الحد الأدنى للمحاثة.

الخطوة 3: اختر مكونات لدارتك

انتظر ظننت أننا فعلنا هذا الجزء بالفعل؟ حسنًا ، كان الجزء السابق هو العثور على قيم المكونات المثالية ، ولكن في العالم الواقعي يتعين علينا تسوية المكونات غير المثالية والمحاذير التي تأتي معها.

كمثال ، يتم استخدام المكثفات الخزفية متعددة الطبقات (MLCCs) لمكثفات الإدخال والإخراج. تتمتع MLCCs بالعديد من الفوائد على المكثفات الإلكتروليتية - خاصة في محولات DC / DC - ولكنها تخضع لشيء يسمى DC Bias.

عندما يتم تطبيق جهد تيار مستمر على MLCC ، يمكن أن ينخفض معدل السعة بنسبة تصل إلى 60٪! هذا يعني أن مكثف 10 درجات فهرنهايت هو الآن 4 درجات فهرنهايت فقط عند جهد تيار مستمر معين. لا تصدقني؟ ألق نظرة على موقع TDK وانتقل لأسفل للحصول على البيانات المميزة لهذا المكثف 10 درجة فهرنهايت.

يعد الإصلاح السهل لهذا النوع من المشكلات أمرًا بسيطًا ، ما عليك سوى استخدام المزيد من MLCC بالتوازي. يساعد هذا أيضًا على تقليل تموج الجهد حيث يتم تقليل ESR ومن الشائع جدًا رؤيته في المنتجات التجارية التي تحتاج إلى تلبية مواصفات تنظيم الجهد الصارمة.

في الصور أعلاه ، توجد قائمة مواد (BOM) تخطيطية ومقابلة من مجموعة أدوات التقييم MAX17502F ، لذلك إذا لم تجد خيارًا جيدًا للمكونات ، فانتقل إلى المثال الذي تم تجربته واختباره:)

الخطوة 4: ملء التخطيطي وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

مع اختيار المكونات الفعلية الخاصة بك ، حان الوقت لإنشاء مخطط يلتقط هذه المكونات ، لذلك اخترت EasyEDA كما استخدمته من قبل بنتائج إيجابية. ما عليك سوى إضافة المكونات الخاصة بك ، والتأكد من أن لها حجم الحجم المناسب وتوصيل المكونات معًا تمامًا مثل دائرة التطبيق النموذجية سابقًا.

بمجرد اكتمال ذلك ، انقر فوق الزر "تحويل إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور" وسيتم نقلك إلى قسم تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور في الأداة. لا تقلق إذا لم تكن متأكدًا من شيء ما حيث توجد العديد من البرامج التعليمية عبر الإنترنت حول EasyEDA.

تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور مهم للغاية ويمكن أن يحدث فرقًا بين عمل الدائرة أم لا. أنصح بشدة باتباع جميع نصائح التخطيط في ورقة البيانات الخاصة بـ IC عند توفرها. تحتوي الأجهزة التناظرية على ملاحظة تطبيق رائعة حول موضوع تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور إذا كان أي شخص مهتمًا:

الخطوة 5: اطلب ثنائي الفينيل متعدد الكلور

أنا متأكد من أن معظمكم في هذه المرحلة قد شاهد الرسائل الترويجية في مقاطع فيديو youtube لـ JLCPCB و PCBway ، لذلك لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أنني استخدمت أحد هذه العروض الترويجية أيضًا. لقد طلبت مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاصة بي من JLCPCB ووصلوا بعد أكثر من أسبوعين بقليل ، لذلك من وجهة نظر نقدية ، فهي جيدة جدًا.

بالنسبة لجودة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، ليس لدي أي شكوى على الإطلاق ، ولكن يمكنك أن تكون الحكم على ذلك:)

الخطوة 6: التجميع والاختبار

لقد قمت بتلحيم جميع المكونات على PCB الفارغ والذي كان صعبًا للغاية حتى مع وجود مساحة إضافية تركتها بين المكونات ، ولكن هناك خدمات تجميع بواسطة JLCPCB وبائعي PCB الآخرين مما يلغي الحاجة إلى هذه الخطوة.

ربط الطاقة بأطراف الإدخال وقياس الإخراج ، استقبلتني 5.02 فولت كما يراه DMM. بمجرد التحقق من خرج 5 فولت عبر نطاق الجهد بأكمله ، قمت بتوصيل حمولة إلكترونية عبر المخرج الذي تم ضبطه على سحب التيار 1A.

بدأ Buck بشكل مستقيم مع تيار الحمل 1A هذا وعندما قمت بقياس جهد الخرج (على اللوحة) كان عند 5.01 فولت ، لذلك كان تنظيم الحمل جيدًا جدًا. لقد قمت بضبط جهد الإدخال على 12 فولت حيث كانت هذه إحدى حالات الاستخدام التي كنت أفكر فيها لهذه اللوحة وقمت بقياس تيار الإدخال كـ 0.476A. يعطي هذا كفاءة تقارب 87.7٪ ولكن من الناحية المثالية قد ترغب في اتباع نهج اختبار أربعة DMM لقياسات الكفاءة.

في تيار الحمل 1A ، لاحظت أن الكفاءة كانت أقل قليلاً مما كان متوقعًا ، وأعتقد أن هذا يرجع إلى خسائر (I ^ 2 * R) في المحث وفي IC نفسه. لتأكيد ذلك ، قمت بضبط تيار الحمل على النصف وكرر القياس أعلاه للحصول على كفاءة بنسبة 94 ٪. هذا يعني أنه من خلال خفض تيار الخرج إلى النصف ، تم تقليل فقد الطاقة من ~ 615mW إلى ~ 300mW. سيكون بعض الخسائر أمرًا لا مفر منه ، مثل تبديل الخسائر داخل IC بالإضافة إلى التيار الهادئ ، لذلك ما زلت سعيدًا جدًا بهذه النتيجة.

الخطوة 7: قم بتضمين PCB المخصص في بعض المشاريع

الآن لديك مصدر طاقة ثابت 5 فولت 1 أمبير يمكن تشغيله من بطارية ليثيوم 2S إلى 11S ، أو أي مصدر آخر بين 6 فولت و 50 فولت ، فلا داعي للقلق بشأن كيفية تشغيل مشاريع الإلكترونيات الخاصة بك. سواء كان ذلك على أساس متحكم أو دارة تمثيلية بحتة ، يمكن لمحول باك الصغير هذا أن يفعل كل شيء!

أتمنى أن تكون قد استمتعت بهذه الرحلة ، وإذا كنت قد وصلت إلى هذا الحد ، فأشكرك جزيل الشكر على القراءة!