Skiftende regulatorer til dummies

Skiftende regulatorer til dummies

Tidsstempel: 22. januar 2024 1:00
Kildeknude: 3078533

Vi bruger ofte lineære regulatorer i vores design. De er billige og enkle – du sætter selve regulatorchippen på kortet, tilføjer to kondensatorer og får en spænding. Lineære regulatorer er selvfølgelig uperfekte – de kan ikke undgå at spilde spændingsforskellen som varme, til en start, hvilket ligefrem udelukker dem til højstrømsformål eller betydelige spændingsforskellekonverteringer, medmindre du har en stor køleplade ved hånden. De kan heller ikke booste spændingen, hvilket betyder, at du kun kan gå fra høj til lav – lidt af en skuffelse.

Selvfølgelig har vi ikke bare kastet hænderne i vejret, hvis en lineær regulator ikke passer til vores formål. Skiftende regulatorer har ingen af ​​disse ulemper, hvorfor din mobiltelefon alene har et par dusin af disse. De er langt mere effektive og hi-tec, i stand til at konvertere en spænding til en anden, mens de næsten ikke mister strøm til varme. Alt du skal gøre er at skifte en induktor ved en noget høj frekvens!

Men for nogle kan skift af regulatorer se en smule skræmmende ud. De har en tendens til at have højere standarder for kortlayout sammenlignet med lineære regulatorer, og de har brug for en induktor - nogle gange også et par flere komponenter. Induktorer alene er noget skræmmende komponenter med en del flere parametre, end vi ville forvente, og du kan blive forvirret, når du overvejer at tilføje en switching-regulator til dit kredsløb.

Ikke mere! I denne artikel vil jeg give dig det grundlæggende om skifteregulator, fjerne enhver krigståge, der kan forplumre dit syn, og vise dig, hvor nemt du kan få et godt par ampere ved din yndlingsspænding, når du har brug for det.

Find dine favoritter

Der er myriader af skiftende regulatorer, du kan bruge til mange forskellige formål! For eksempel kan buck-regulatorer kun reducere spændingen, boost-regulatorer kan kun øge den, mens buck-boost kan gøre begge dele, så du kan få f.eks. 12V fra en LiIon-pakke, der varierer fra 10V til 14.4V. Der er to måder, hvorpå du kan finde dig selv nogle skiftende regulatorvenner – enten ved at få delnumre fra en andens kredsløb eller ved at gå gennem Digikey/Mouser/etc og se deres tilbud.

Der er skifteregulatorer til de fleste formål, du kunne tænke dig. Vil du konvertere 12V til et par ampere på 5V eller 3.3V? Du har masser af muligheder her! Vil du lave 5V eller 3.3V ud af LiIon-spænding? Der er et stort antal regulatorer til netop dette formål! En ekstremt lav-effekt regulator, der producerer 3.3V til din ESP8266 fra to AA-batterier? Du har det! Og den enkleste mulighed er at låne et kredsløb fra et eksisterende rimeligt åbent eller blot offentligt synligt design.

For eksempel er der et væld af forskellige "DC-DC"-kort, du hurtigt kan finde online - alene på Aliexpress er der snesevis af populære designs, og også en god del mere obskure. Indtast blot "step-down DC-DC 5V", enhver konfiguration/spænding, du ønsker, find et par lister, der faktisk er nøjagtige, og se, hvilken chip de bruger. Kan du finde databladet? Kan du nemt købe det? Nogle lister lyver om aktuelle værdier, så kan chippen faktisk producere det, du har brug for? Hvis ja, er du klar!

Til mange formål kan du naturligvis genbruge disse moduler og ikke bekymre dig om selv at lede efter dine egne designs. Men oftest vil det betale sig at lave dit eget koblingsregulatorkredsløb – både i pris, men også i dit kredsløbs stabilitet! For eksempel er en åben hemmelighed, at disse moduler har en tendens til at have dårligt egnede induktorer, enten billigst mulige dele eller bare forkert beregnede værdier. Så ofte skal du kun udskifte induktoren for at se udgangsstrømmen stige i vejret, og også se varmeeffekten falde generelt!

Ofte er switching regulator IC'erne, der bruges på disse moduler, også de billigste chips muligt, og der er bedre IC'er til rådighed for næppe flere penge. Så gå til koblingsregulatorens delevælger på dit yndlingswebsted - Digikey/LCSC/Mouser eller hvad som helst andet. Indsæt dine ønskede indgangs- og udgangsspændingsområder, maksimal strøm med lidt spillerum, tjek "På lager", sorter efter pris og se, hvor langt du kan komme under $1!

Mine personlige favoritter for nylig er et par gode. PAM2306 er en dual-rail 3.3V/1A buck-regulator, der er i stand til at udføre 100% duty cycle, hvilket hjælper et væld, når man forsyner ting fra et LiIon- eller LiFePO4-batteri. AP63200 kan klare 5V eller 3.3V ved 2A fra så høje som 30V, hvilket er godt for mine USB-PD-svindler! Og på den østlige front er SY8089 et godt valg til generelle lavspændingsskinner. Har du nogle regulatorer, du vil anbefale til andre? Del dem med os i kommentarfeltet!

Har du fundet en chip, du kan lide? Skål! Det overvældende flertal af dem har brug for en induktor. Lad os ikke spilde tid og lære om dem.

Mød The Inductor

Induktorer er spoler af tråd lavet på en bestemt måde, i stand til at lagre en god mængde elektromagnetisk energi under de rigtige omstændigheder. De modstår også ændringer i strøm ved at producere en modsat spænding. En, der er mere induktor-kyndig end mig, kunne fortælle dig en masse om, hvordan induktorer er seriøst seje, og de er absolut meget seje! Og for at skifte regulator behøver du ikke at vide meget om induktorer for at bruge dem. Hvad du behøver at vide er, at en switching regulator chip gør brug af disse egenskaber til at konvertere en spænding til en anden, og der er kun tre parametre, du virkelig skal holde styr på.

Den første er induktans, normalt i uH (microHenry) område. Din omskiftningsregulators datablad vil enten direkte fortælle dig, hvilken induktansværdi der passer godt, måske i eksempelskemaet eller i afsnittet "anbefalede parametre", eller det vil give dig en formel til at beregne den induktans, du har brug for. Hvis det ikke giver dig nogen af ​​disse to, så kig ind i værdier, som andre mennesker bruger med denne chip, eller vælg en anden chip – oftest er der andre switching-regulator-chips, du lige så nemt kan bruge, og som faktisk har gode dataark.

En anden værdi er jævnstrøm. Igen vil en masse dataark lige op holde din hånd, mens du leder dig gennem induktorvalg, og PAM2306-databladet, jeg viser ovenfor, fortæller dig, at jævnstrøm er din maksimale strøm plus bølgestrøm, og du kan antage, at bølgestrøm er 40 % af den maksimale strøm, du ønsker. Hvis du vil vide det med sikkerhed, giver dataarket en formel til at beregne en mere præcis værdi, men generelt fortæller de dataark, jeg har tjekket, dig at tilføje 40-50%. Så hvis du vælger induktor jævnstrøm til at være 1.5 gange større end den maksimale strøm, du ønsker, vil du sandsynligvis ikke gå galt.

Du kan også se en bestemt parameter, DC modstand. Jo lavere, jo bedre, selvfølgelig - mindre strøm spildes som varme. Det er heller ikke kun spild – den slags induktorer, der bruges til at skifte regulatorapplikationer, forværres hurtigt, når de varmes op. Også nogle induktorer er ikke på deres bedste, når de bruges til at skifte regulator, selvom de ser en del ud. Her er et eksempel af en sådan induktor. Dette er en strømskinnefiltreringsinduktor, og hvis det er det, du faldt over, er der sandsynligvis en strøminduktor (den slags, du bruger til koblingsformål) tilgængelig med bedre specifikationer, der passer meget bedre til din applikation – ikke at den er 100 % ubrugelig, men du vil have gavn af at kigge videre.

Lad os opsummere, hvor nemt det er at finde en induktor. Tre parametre - induktans, DC-strøm og DC-modstand. Induktans er i databladet, DC-strøm er din ønskede maks. strøm gange 1.5 give or take, og den tredje er så lav, som du kan gå for dine penge. Derudover skal du kontrollere, at induktoren er egnet til at skifte regulatorapplikationer. Ønsker du at lære mere? Her er nogle appnotes – her er en Wurth appnote om induktorforviklinger, , en TI appnote om at skifte regulator grundlæggende.

Gå til dit foretrukne komponentvælger-websted – Digikey, Mouser, LCSC eller noget andet, – sæt induktans- og DC-strømparametrene i induktor-delvælgeren, find den bedste DC-modstand for dine penge, og du er klar. For helvede, du kan endda finde induktorer på Aliexpress! De plejer ikke at angive DC-strøm/modstandsparametre, og datablade er få og langt imellem, men hvis du har brug for noget enkelt og billigt, er det på bordet.

Har du fundet en induktor? Hent dataarket, se om KiCad allerede har et passende fodaftryk, hvis ikke, tag blot et eksisterende fodaftryk og juster det, og det er det. Vi har regulatorchippen, vi har valgt induktoren, nu er det tid til at designe et bræt!

I tilfælde af at du farer vild

Hvis din regulators datablad er godt, er du allerede indstillet. De bedste dataark giver et eksempel på layout, viser dig, hvilke modstande du skal bruge, nævner eventuelle ekstra komponenter, kondensatorkrav og lærer dig alt andet, du kunne ønske dig at vide.

Ikke alle dataarkene indeholder dog alt, hvad du gerne vil vide. Det er ærgerligt, men det betyder ikke, at du ikke kan få det gjort! Der er kun nogle få aspekter at tænke på – bordlayout, feedbackmodstande og eventuelle ekstra komponenter, du måtte have brug for. Næste gang, lad os gennemgå disse, og jeg vil også vise dig nogle tips og tricks til at skifte regulator!

Tidsstempel:

Mere fra Hack A Day