ダミー用スイッチングレギュレータ

ダミー用スイッチングレギュレータ

タイムスタンプ：22年2024月1日00:XNUMX
ソースノード： 3078533

私たちは設計でリニアレギュレーターをよく使用します。それらは安価でシンプルです。レギュレータチップ自体をボード上に配置し、2つのコンデンサを追加して電圧を取得します。もちろん、リニアレギュレータは不完全です。まず、電圧差を熱として無駄にせざるを得ません。そのため、手元に大きなヒートシンクがない限り、大電流の目的や大きな電圧差の変換には使用できません。また、電圧を高めることもできないため、高電圧から低電圧までしか昇圧することができません。少し残念です。

もちろん、リニアレギュレータが目的に適合しない場合にただ手を上げているわけではありません。スイッチングレギュレータにはこれらの欠点がないため、携帯電話だけでも数十の欠点があります。これらははるかに効率的でハイテクであり、電力を熱にほとんど損失せずに、ある電圧を別の電圧に変換できます。インダクタをある程度高い周波数でスイッチするだけです。

ただし、一部の人にとって、スイッチングレギュレータは少し怖く見えるかもしれません。リニアレギュレータと比較して基板レイアウトの基準が高い傾向があり、インダクタが必要であり、場合によってはさらにいくつかのコンポーネントも必要です。インダクタだけでも、予想よりもパラメータがかなり多く、やや厄介なコンポーネントであるため、回路にスイッチング レギュレータを追加しようとすると混乱する可能性があります。

もうない！この記事では、スイッチングレギュレータの基本を説明し、視界を曇らせる戦争の霧を取り除き、必要なときにいつでも好みの電圧で十分なアンペアを得ることがいかに簡単にできるかを示します。

お気に入りを見つける

さまざまな目的に使用できるスイッチングレギュレータは無数にあります。たとえば、降圧レギュレータは電圧を下げることしかできず、昇圧レギュレータは電圧を上げることしかできませんが、昇降圧は両方の機能を備えているため、たとえば、12V ～ 10V の範囲で変化する LiIon パックから 14.4V を得ることができます。スイッチングレギュレータの友人を見つける方法は XNUMX つあります。他の人の回路から部品番号を入手するか、Digikey/Mouser などを参照してその製品を確認することです。

考えられるほとんどの目的に対応するスイッチングレギュレータがあります。 12V を数アンペアの 5V または 3.3V に変換したいですか?ここにはたくさんのオプションがあります!リチウムイオン電圧から5Vまたは3.3Vを作りたいですか?まさにこの目的のためのレギュレーターが数多くあります。単三電池 3.3 本から ESP8266 用に XNUMXV を生成する超低電力レギュレータですか?了解しました！そして、可能な限り最も簡単なオプションは、既存の合理的にオープンな設計、または単に一般に公開されている設計から回路を借用することです。

たとえば、オンラインですぐに見つけることができるさまざまな「DC-DC」ボードが大量にあります。Aliexpress だけでも、数十の人気のあるデザインがあり、さらに知られていないデザインもかなりの量あります。 「降圧 DC-DC 5V」と希望する構成/電圧を入力し、実際に正確なリストをいくつか見つけて、どのチップが使用されているかを確認するだけです。データシートは見つかりますか?簡単に買えますか？一部のリストでは現在の値について嘘をついていますが、そのチップは実際に必要なものを生成できるのでしょうか?そうであれば、準備は完了です。

もちろん、さまざまな目的でこれらのモジュールを再利用でき、独自のデザインを探すことさえ心配する必要はありません。ただし、ほとんどの場合、独自のスイッチング レギュレータ回路を作成すると、価格だけでなく回路の安定性の面でも利益が得られます。たとえば、公然の秘密は、これらのモジュールには、可能な限り安価な部品か、単に値の計算が間違っているかのいずれかで、不適切なインダクタが搭載されている傾向があるということです。多くの場合、インダクタを交換するだけで出力電流が急増し、全体的な発熱量も減少します。

多くの場合、これらのモジュールで使用されるスイッチング レギュレータ IC は可能な限り安価なチップであり、それ以上の金額で入手できるより優れた IC もあります。したがって、お気に入りの部品 Web サイト (Digikey/LCSC/Mouser など) のスイッチング レギュレータ部品ピッカーにアクセスしてください。希望の入力および出力電圧範囲、余裕を持った最大電流を入力し、「在庫あり」にチェックを入れ、価格順に並べ替えて、1 ドル以下でどこまで買えるかを確認してください。

最近の個人的なお気に入りはいくつかあります。 PAM2306 は、3.3% のデューティ サイクルを実行できるデュアルレール 1V/100A 降圧レギュレータで、LiIon または LiFePO4 バッテリから電力を供給するときに非常に役立ちます。 AP63200 は、最大 5V から 3.3A で 2V または 30V を供給できます。これは、USB-PD の悪ふざけをする私の場合は非常に危険です。また、東部戦線では、SY8089 が一般的な低電圧レールに適しています。他の人に勧めたいレギュレーターはありますか?コメントセクションで私たちと共有してください！

お気に入りのチップは見つかりましたか?乾杯！圧倒的に多くはインダクタを必要とします。時間を無駄にせずにそれらについて学びましょう。

インダクターの紹介

インダクタは、特定の方法で作られたワイヤのコイルであり、適切な状況下で大量の電磁エネルギーを蓄えることができます。また、逆の電圧を生成することで電流の変化にも抵抗します。私よりもインダクタに精通している人なら、インダクタがいかに優れているかについてたくさん説明してくれるはずです。そして、インダクタは間違いなく非常に優れています。また、スイッチングレギュレータで使用する場合、インダクタについて詳しく知る必要はありません。知っておく必要があるのは、スイッチング レギュレータ チップはこれらの特性を利用してある電圧を別の電圧に変換し、実際に追跡する必要があるパラメータは 3 つだけであるということです。

1 つ目はインダクタンスで、通常は uH (マイクロヘンリー) 範囲です。スイッチングレギュレータのデータシートには、回路図例や「推奨パラメータ」セクションにどのインダクタンス値が適切であるかが直接記載されているか、必要なインダクタンスを計算するための公式が記載されています。これら 2 つのどちらも当てはまらない場合は、他の人がこのチップで使用している値を調べるか、別のチップを選択してください。多くの場合、同じように簡単に使用でき、実際に優れた機能を備えた他のスイッチング レギュレータ チップがあります。データシート。

別の値は DC 電流です。繰り返しになりますが、多くのデータシートはインダクタの選択を説明する際に直接手を差し伸べるものであり、上に示した PAM2306 データシートでは、DC 電流が最大電流にリップル電流を加えたものであり、リップル電流は 40% であると想定できることが示されています。必要な最大電流の。確実に知りたい場合は、より正確な値を計算するための式がデータシートに記載されていますが、私が確認したデータシートでは一般的に 40 ～ 50% を追加するように指示されています。したがって、必要な最大電流よりも 1.5​​ 倍大きくなるようにインダクタ DC 電流を選択すれば、おそらく間違いはありません。

特定のパラメータである DC 抵抗が表示される場合もあります。もちろん、低いほど良いです - 熱として浪費される電流が少なくなります。これは単なる無駄ではありません。スイッチングレギュレータアプリケーションで使用される種類のインダクタは、加熱すると特性が急速に悪化します。また、一部のインダクタは、見た目は部品であっても、スイッチングレギュレータの用途に使用すると最高の状態ではありません。こちらです 例 このようなインダクタの。これはパワーレールフィルタリングインダクタであり、それがあなたがつまずいたものである場合は、アプリケーションにはるかに適した、より優れた仕様のパワーインダクタ（スイッチング目的で使用する種類）が利用できる可能性があります。 100%使えないというわけではありませんが、 しかし、さらに詳しく見てみると有益です。

インダクタを見つけるのがいかに簡単かをまとめてみましょう。 1.5 つのパラメータ - インダクタンス、DC 電流、DC 抵抗。インダクタンスはデータシートに記載されており、DC 電流は希望の最大電流に XNUMX を乗じた値です。XNUMX 番目はお金に見合う限り低い値です。さらに、インダクタがスイッチングレギュレータのアプリケーションに適しているかどうかを確認してください。さらに詳しく知りたいですか?ここにいくつかの appnote があります - ここにあります インダクタの複雑さに関する Wurth の付録、 および スイッチングレギュレータの基本に関する TI の付録。

Digikey、Mouser、LCSC など、お気に入りのコンポーネント ピッカー Web サイトにアクセスし、インダクタ パーツ ピッカーにインダクタンスと DC 電流パラメータを入力し、価格に見合った最適な DC 抵抗を見つければ準備完了です。なんと、Aliexpress でもインダクタを見つけることができます。 DC 電流/抵抗パラメータをリストすることはあまりなく、データシートもほとんどありませんが、シンプルで安価なものが必要な場合は、テーブルにあります。

インダクタを見つけましたか?データシートを取得し、KiCad に適合するフットプリントがすでにあるかどうかを確認します。そうでない場合は、既存のフットプリントを取得して調整するだけです。レギュレータチップを入手し、インダクタを選択したら、今度は基板を設計します。

道に迷った場合に備えて

レギュレータのデータシートが良好であれば、すでに設定は完了しています。最良のデータシートでは、レイアウト例が提供され、どの抵抗器を使用するかを示し、追加のコンポーネントやコンデンサの要件について言及し、その他知りたいことをすべて教えてくれます。

ただし、すべてのデータシートに知りたいことがすべて含まれているわけではありません。それは残念なことですが、それはあなたがそれを成し遂げることができないという意味ではありません！考慮すべき点は、基板レイアウト、フィードバック抵抗、必要な追加コンポーネントなど、いくつかの点だけです。次回は、これらについて説明し、スイッチングレギュレータのヒントとコツもいくつか紹介します。

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