97٪ كفاءة محول تيار مستمر إلى تيار مستمر [3 أمبير ، قابل للتعديل]: 12 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

تعد لوحة محول DC إلى DC صغيرة جدًا مفيدة للعديد من التطبيقات ، خاصةً إذا كان بإمكانها توصيل تيارات تصل إلى 3A (2A بشكل مستمر بدون مبدد حراري). في هذه المقالة ، سوف نتعلم بناء دائرة محول باك صغيرة وفعالة ورخيصة.

[1]: تحليل الدائرة

يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي للجهاز. المكون الرئيسي هو محول باك تنحي MP2315.

الخطوة 1: المراجع

مصدر المقال: https://www.pcbway.com/blog/technology/DC_to_DC_B …[1]:

[2]:

[3]:

الخطوة 2: الشكل 1 ، رسم تخطيطي لمحول DC إلى DC Buck

وفقًا لورقة البيانات MP2315 [1]: "MP2315 عبارة عن محول وضع تبديل متزامن عالي التردد مصحح تنحى مع وحدات MOSFET داخلية للطاقة. إنه يوفر حلاً مضغوطًا للغاية لتحقيق تيار خرج مستمر 3A عبر نطاق إمداد مدخلات واسع مع تنظيم ممتاز للحمل والخط. يحتوي MP2315 على عملية وضع متزامن لزيادة الكفاءة على نطاق تحميل تيار الخرج. توفر عملية الوضع الحالي استجابة عابرة سريعة وتسهل تثبيت الحلقة. تشمل ميزات الحماية الكاملة OCP والإغلاق الحراري. " يسمح Low RDS (on) لهذه الشريحة بمعالجة التيارات العالية.

يتم استخدام C1 و C2 لتقليل ضوضاء جهد الدخل. تقوم R2 و R4 و R5 ببناء مسار ردود الفعل على الشريحة. R2 هو مقياس جهد متعدد الدورات 200 كيلو لضبط جهد الخرج. L1 و C4 هما عنصران أساسيان في محول باك. تقوم L2 و C5 و C7 بعمل مرشح LC إضافي للإخراج أضفته لتقليل الضوضاء والتموج. يبلغ تردد القطع لهذا الفلتر حوالي 1 كيلو هرتز. R6 يحد من التدفق الحالي إلى دبوس EN. تم تعيين قيمة R1 وفقًا لورقة البيانات. ترتبط R3 و C3 بدائرة التمهيد ويتم تحديدهما وفقًا لورقة البيانات.

يوضح الشكل 2 المؤامرة الحالية للكفاءة مقابل الإخراج. تم تحقيق أعلى كفاءة لجميع جهود الإدخال تقريبًا عند حوالي 1 أمبير.

الخطوة 3: الشكل 2 ، الكفاءة مقابل الإخراج الحالي

[2]: تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور يوضح الشكل 3 تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصمم. إنها لوحة صغيرة ذات طبقتين (2.1 سم * 2.6 سم).

لقد استخدمت مكتبات مكونات SamacSys (رمز تخطيطي وبصمة PCB) لـ IC1 [2] لأن هذه المكتبات مجانية والأهم من ذلك أنها تتبع معايير IPC الصناعية. أستخدم برنامج Altium Designer CAD ، لذلك استخدمت المكون الإضافي SamacSys Altium لتثبيت مكتبات المكونات مباشرة [3]. يوضح الشكل 4 المكونات المحددة. يمكنك أيضًا البحث عن مكتبات المكونات السلبية وتثبيتها / استخدامها.

الخطوة 4: الشكل 3 ، تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور لمحول DC إلى DC Buck

الخطوة 5: الشكل 4 ، المكون المحدد (IC1) من SamacSys Altium Plugin

هذه هي المراجعة الأخيرة للوحة PCB. يوضح الشكل 5 والشكل 6 مناظر ثلاثية الأبعاد للوحة PCB ، من الأعلى والأسفل.

الخطوة 6: الشكل 5 و 6 ، مناظر ثلاثية الأبعاد للوحة PCB (TOP و Buttom)

[3]: البناء والاختبار يوضح الشكل 7 النموذج الأولي الأول (الإصدار الأول) للوحة. تم تصنيع لوحة PCB بواسطة PCBWay ، وهي لوحة عالية الجودة. ليس لدي مشكلة في اللحام على الإطلاق.

كما هو واضح في الشكل 8 ، لقد قمت بتعديل بعض أجزاء الدائرة لتحقيق ضوضاء أقل ، لذا فإن التخطيطي و PCB هما أحدث الإصدارات.

الخطوة 7: الشكل 7 ، النموذج الأولي الأول (إصدار أقدم) لمحول باك

بعد لحام المكونات ، نحن جاهزون لاختبار الدائرة. تشير ورقة البيانات إلى أنه يمكننا تطبيق جهد من 4.5 فولت إلى 24 فولت على الإدخال. الاختلافات الرئيسية بين النموذج الأولي الأول (لوحتي المختبرة) وآخر PCB / التخطيطي هي بعض التعديلات في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وموضع / قيم المكونات. بالنسبة للنموذج الأولي ، يكون مكثف الخرج 22 فائق التوهج -35 فولت فقط. لذلك قمت بتغييره باستخدام مكثفين 47 فائق التوهج SMD (حزم C5 و C7 ، 1210). قمت بتطبيق نفس التعديلات على الإدخال واستبدلت مكثف الإدخال بمكثفين مقننين 35 فولت. أيضًا ، لقد غيرت موقع رأس الإخراج.

نظرًا لأن الحد الأقصى لجهد الخرج هو 21 فولت وتم تصنيف المكثفات عند 25 فولت (سيراميك) ، فلا ينبغي أن تكون هناك مشكلة في معدل الجهد ، ومع ذلك ، إذا كانت لديك مخاوف بشأن الفولتية المقدرة للمكثفات ، فما عليك سوى تقليل قيم السعة إلى 22 درجة فهرنهايت وزيادة الفولتية المقدرة إلى 35V. يمكنك دائمًا تعويض هذا عن طريق إضافة مكثفات خرج إضافية على الدائرة / الحمل المستهدف. حتى أنه يمكنك إضافة مكثف 470 فائق التوهج أو 1000 فائق التوهج "خارجيًا" لأنه لا توجد مساحة كافية على اللوحة لتناسب أيًا منها. في الواقع ، بإضافة المزيد من المكثفات ، نقوم بتقليل تردد القطع للمرشح النهائي ، لذلك من شأنه أن يقمع المزيد من الضوضاء.

من الأفضل أن تستخدم المكثفات بشكل متوازي. على سبيل المثال ، استخدم 470 فائق التوهج بالتوازي بدلاً من 1000 فائق التوهج. يساعد على تقليل إجمالي قيمة ESR (قاعدة المقاومات المتوازية).

الآن دعونا نفحص تموج الإخراج والضوضاء باستخدام راسم الذبذبات الأمامية منخفض الضوضاء مثل Siglent SDS1104X-E. يمكنه قياس الفولتية حتى 500uV / div ، وهي ميزة رائعة جدًا.

لقد قمت بلحام لوحة المحول ، مع مكثف خارجي 470 فائق التوهج -35 فولت ، على قطعة صغيرة من لوحة النموذج الأولي DIY لاختبار التموج والضوضاء (الشكل 8)

الخطوة 8: الشكل 8 ، لوحة المحول على قطعة صغيرة من لوحة النموذج الأولي DIY (بما في ذلك مكثف إخراج 470 فائق التوهج)

عندما يكون جهد الدخل مرتفعًا (24 فولت) ويكون جهد الخرج منخفضًا (5 فولت على سبيل المثال) ، يجب إنشاء أقصى تموج وضوضاء لأن فرق جهد الدخل والإخراج مرتفع. لذلك دعونا نجهز مسبار الذبذبات بنابض أرضي ونتحقق من ضوضاء الخرج (الشكل 9). من الضروري استخدام الزنبرك الأرضي ، لأن السلك الأرضي لمسبار راسم الذبذبات يمكن أن يمتص الكثير من ضوضاء الوضع الشائع ، خاصة في مثل هذه القياسات.

الخطوة 9: الشكل 9 ، استبدال سلك أرضي المسبار بنابض أرضي

يوضح الشكل 10 ضوضاء الخرج عندما يكون الإدخال 24 فولت والمخرج 5 فولت. وتجدر الإشارة إلى أن خرج المحول مجاني ولم يتم توصيله بأي حمل.

الخطوة 10: الشكل 10 ، ضوضاء الإخراج لمحول DC إلى DC (الإدخال = 24 فولت ، الإخراج = 5 فولت)

الآن دعنا نختبر ضوضاء الخرج تحت أدنى فرق جهد دخل / خرج (0.8 فولت). قمت بضبط جهد الإدخال على 12V والإخراج على 11.2V (الشكل 11).

الخطوة 11: الشكل 11 ، ضوضاء الإخراج تحت أدنى فرق جهد الإدخال / الإخراج (الإدخال = 12 فولت ، الإخراج = 11.2 فولت)

يرجى ملاحظة أنه من خلال زيادة تيار الخرج (إضافة حمل) ، تزداد ضوضاء الإخراج / تموج. هذه قصة حقيقية لجميع مصادر الطاقة أو المحولات.

[4] فاتورة المواد

يوضح الشكل 12 قائمة مواد المشروع.