Regolatori di commutazione per manichini

Regolatori di commutazione per manichini

Timestamp: 22 gennaio 2024 1:00
Nodo di origine: 3078533

Utilizziamo spesso regolatori lineari nei nostri progetti. Sono economici e semplici: inserisci il chip regolatore stesso sulla scheda, aggiungi due condensatori e ottieni una tensione. I regolatori lineari sono imperfetti, ovviamente: non possono fare a meno di sprecare la differenza di tensione sotto forma di calore, tanto per cominciare, il che li esclude direttamente per scopi ad alta corrente o conversioni significative di differenza di tensione, a meno che tu non abbia un grosso dissipatore di calore a portata di mano. Inoltre non possono aumentare la tensione, il che significa che puoi solo passare da alto a basso: un po' una delusione.

Naturalmente, non stiamo semplicemente alzando le mani al cielo se un regolatore lineare non si adatta al nostro scopo. I regolatori di commutazione non presentano nessuno di questi svantaggi, motivo per cui solo il tuo cellulare ne presenta alcune dozzine. Sono molto più efficienti e tecnologici, in grado di convertire una tensione in un'altra perdendo pochissima energia in calore. Tutto quello che devi fare è commutare un induttore ad una frequenza piuttosto alta!

Tuttavia, per alcuni, cambiare regolatore potrebbe sembrare un po’ intimidatorio. Tendono ad avere standard più elevati per il layout della scheda rispetto ai regolatori lineari e necessitano di un induttore e, a volte, anche di qualche componente in più. Gli induttori da soli sono componenti un po' intimidatori, con alcuni parametri in più di quanto ci aspetteremmo, e potresti rimanere confuso quando cerchi di aggiungere un regolatore di commutazione al tuo circuito.

Non più! In questo articolo ti fornirò le nozioni di base sui regolatori a commutazione, rimuoverò ogni nebbia di guerra che potrebbe offuscare la tua vista e ti mostrerò con quanta facilità puoi ottenere un bel po' di amp alla tua tensione preferita ogni volta che ne hai bisogno.

Trovare i tuoi preferiti

Esistono miriadi di regolatori a commutazione che puoi utilizzare per molti scopi diversi! Ad esempio, i regolatori buck possono solo diminuire la tensione, i regolatori boost possono solo aumentarla, mentre il buck-boost può fare entrambe le cose, consentendoti di ottenere, ad esempio, 12 V da un pacco LiIon che varia da 10 V a 14.4 V. Ci sono due modi in cui puoi trovare degli amici con i regolatori a commutazione: ottenendo i numeri di parte dai circuiti di qualcun altro, oppure passando attraverso Digikey/Mouser/ecc e vedendo le loro offerte.

Esistono regolatori di commutazione per la maggior parte degli scopi a cui potresti pensare. Vuoi convertire 12 V in pochi amp da 5 V o 3.3 V? Hai un sacco di opzioni qui! Vuoi ottenere 5 V o 3.3 V dalla tensione LiIon? C'è un buon numero di regolatori per questo scopo esatto! Un regolatore a bassissimo consumo che produce 3.3 V per il tuo ESP8266 da due batterie AA? Avete capito bene! E l’opzione più semplice possibile è prendere in prestito un circuito da un progetto esistente ragionevolmente aperto o semplicemente visibile al pubblico.

Ad esempio, ci sono un sacco di diverse schede "DC-DC" che puoi trovare rapidamente online: solo su Aliexpress ci sono dozzine di design popolari e anche una buona quantità di quelli più oscuri. Basta inserire "step-down DC-DC 5V", qualsiasi configurazione/tensione desiderata, trovare alcuni elenchi che siano effettivamente accurati e vedere quale chip stanno utilizzando. Riesci a trovare la scheda tecnica? Puoi acquistarlo facilmente? Alcuni elenchi mentono sui valori attuali, quindi il chip può effettivamente produrre ciò di cui hai bisogno? Se è così, sei a posto!

Naturalmente, per molti scopi, puoi riutilizzare questi moduli e non preoccuparti nemmeno di cercare i tuoi progetti. Tuttavia, molto spesso, realizzare il proprio circuito regolatore a commutazione ripagherà, sia in termini di prezzo, ma anche in termini di stabilità del circuito! Ad esempio, un segreto di Pulcinella è che questi moduli tendono ad avere induttori inadeguati, parti più economiche possibili o semplicemente valori calcolati male. Molto spesso, devi solo sostituire l'induttore per vedere la corrente di uscita salire alle stelle e vedere anche la produzione di calore diminuire complessivamente!

Spesso, i circuiti integrati del regolatore di commutazione utilizzati su questi moduli sono anche i chip più economici possibili e sono disponibili circuiti integrati migliori a un prezzo appena più alto. Quindi, visita il selettore di parti del regolatore di commutazione del tuo sito Web di parti preferito: Digikey/LCSC/Mouser o qualsiasi altra cosa. Inserisci gli intervalli di tensione di ingresso e di uscita desiderati, la corrente massima con un certo margine di manovra, seleziona "Disponibile", ordina per prezzo e scopri quanto puoi arrivare sotto $ 1!

I miei preferiti personali di recente sono parecchi. PAM2306 è un regolatore buck a doppia guida da 3.3 V/1 A in grado di eseguire un ciclo di lavoro del 100%, il che aiuta moltissimo quando si alimentano cose da una batteria LiIon o LiFePO4. L'AP63200 può fornire 5 V o 3.3 V a 2 A da un massimo di 30 V, il che è fantastico per i miei imbrogli USB-PD! E, sul fronte orientale, SY8089 è una buona scelta per i binari generali a bassa tensione. Hai degli erogatori che consiglieresti ad altri? Condividili con noi nella sezione commenti!

Hai trovato un chip che ti piace? Saluti! La stragrande maggioranza di essi necessita di un induttore. Non perdiamo tempo e impariamo a conoscerli.

Incontra l'induttore

Gli induttori sono bobine di filo realizzate in un certo modo, in grado di immagazzinare una buona quantità di energia elettromagnetica nelle giuste circostanze. Resistono anche ai cambiamenti di corrente producendo una tensione opposta. Qualcuno più esperto di induttori di me potrebbe dirti un sacco di come gli induttori siano davvero fantastici, e sono assolutamente fantastici! Inoltre, per l'utilizzo dei regolatori a commutazione, non è necessario conoscere molto sugli induttori per utilizzarli. Quello che devi sapere è che un chip regolatore di commutazione utilizza queste caratteristiche per convertire una tensione in un'altra e ci sono solo tre parametri di cui devi veramente tenere traccia.

Il primo è l'induttanza, solitamente, nell'intervallo uH (microHenry). La scheda tecnica del tuo regolatore di commutazione ti dirà direttamente quale valore di induttanza è adatto, magari nello schema di esempio o nella sezione "parametri consigliati", oppure ti fornirà una formula per calcolare l'induttanza di cui hai bisogno. Se non ti dà nessuno di questi due, esamina i valori che altre persone usano con questo chip o scegli un chip diverso: il più delle volte, ci sono altri chip regolatori di commutazione che puoi usare altrettanto facilmente e che in realtà hanno una buona schede tecniche.

Un altro valore è la corrente continua. Ancora una volta, molte schede tecniche ti terranno per mano mentre ti guidano attraverso la selezione dell'induttore e la scheda tecnica PAM2306 che mostro sopra ti dice che la corrente CC è la corrente massima più la corrente di ondulazione e puoi presumere che la corrente di ondulazione sia del 40% della corrente massima desiderata. Se vuoi saperlo con certezza, la scheda tecnica fornisce una formula per calcolare un valore più preciso, ma in genere, le schede tecniche che ho controllato, ti dicono di aggiungere il 40-50%. Pertanto, se scegli che la corrente CC dell'induttore sia 1.5 volte maggiore della corrente massima desiderata, probabilmente non sbaglierai.

Potresti anche vedere un parametro specifico, la resistenza CC. Ovviamente più basso è, meglio è: meno corrente viene sprecata sotto forma di calore. Non si tratta solo di rifiuti: il tipo di induttori utilizzati nelle applicazioni dei regolatori a commutazione le cui caratteristiche peggiorano rapidamente quando si riscaldano. Inoltre, alcuni induttori non funzionano al meglio quando vengono utilizzati per scopi di regolazione a commutazione, anche se sembrano adatti. Ecco un esempio di un tale induttore. Questo è un induttore di filtraggio del power rail e, se è quello in cui ti sei imbattuto, probabilmente è disponibile un induttore di potenza (il tipo che usi per scopi di commutazione) con specifiche migliori che si adatta molto meglio alla tua applicazione: non che sia inutilizzabile al 100%, ma trarrai beneficio guardando oltre.

Riassumiamo quanto sia semplice trovare un induttore. Tre parametri: induttanza, corrente CC e resistenza CC. L'induttanza è nella scheda tecnica, la corrente CC è la corrente massima desiderata per 1.5 più o meno e il terzo è il più basso possibile per i tuoi soldi. Inoltre, verificare che l'induttore sia adatto per applicazioni con regolatori a commutazione. Vuoi saperne di più? Ecco alcune note dell'app: ecco una nota di Wurth sulle complessità degli induttori, ed una nota applicativa TI sulle nozioni di base dei regolatori a commutazione.

Vai al tuo sito web di selezione dei componenti preferito – Digikey, Mouser, LCSC o qualsiasi altro – inserisci i parametri di induttanza e corrente CC nel selettore di parti dell'induttore, trova la migliore resistenza CC per i tuoi soldi e il gioco è fatto. Diavolo, puoi persino trovare induttori su Aliexpress! Tendono a non elencare i parametri di corrente/resistenza CC e le schede tecniche sono poche e lontane tra loro, ma se hai bisogno di qualcosa di semplice ed economico, è sul tavolo.

Trovato un induttore? Ottieni la scheda tecnica, verifica se KiCad ha già un'impronta adatta, in caso contrario, prendi semplicemente un'impronta esistente e modificala, e il gioco è fatto. Abbiamo il chip regolatore, abbiamo scelto l'induttore, ora è il momento di progettare una scheda!

Nel caso ti perdessi

Se la scheda tecnica del tuo regolatore è buona, sei già a posto. Le migliori schede tecniche forniscono un layout di esempio, mostrano quali resistori utilizzare, menzionano eventuali componenti aggiuntivi, requisiti dei condensatori e ti insegnano tutto ciò che potresti voler sapere.

Tuttavia, non tutte le schede tecniche contengono tutto ciò che vorresti sapere. È un peccato, ma non significa che non puoi farlo! Ci sono solo alcuni aspetti da tenere a mente: layout della scheda, resistori di feedback ed eventuali componenti aggiuntivi di cui potresti aver bisogno. La prossima volta, esaminiamoli e ti mostrerò anche alcuni suggerimenti e trucchi per il regolatore di commutazione!

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