Trocando reguladores para manequins

Trocando reguladores para manequins

Carimbo de hora: 22 de janeiro de 2024, 1h00
Nó Fonte: 3078533

Freqüentemente usamos reguladores lineares em nossos projetos. Eles são baratos e simples – você coloca o chip regulador na placa, adiciona dois capacitores e obtém uma tensão. Os reguladores lineares são imperfeitos, é claro - eles não podem deixar de desperdiçar a diferença de tensão como calor, para começar, o que os exclui para fins de alta corrente ou conversões de diferença de tensão significativa, a menos que você tenha um dissipador de calor robusto à mão. Eles também não podem aumentar a tensão, o que significa que você só pode ir do alto para o baixo – o que é um pouco decepcionante.

É claro que não estaremos apenas jogando as mãos para o alto se um regulador linear não se adequar ao nosso propósito. Os reguladores de comutação não têm nenhuma dessas desvantagens, e é por isso que só o seu telefone celular tem algumas dezenas delas. Eles são muito mais eficientes e de alta tecnologia, capazes de converter uma voltagem em outra sem perder quase nenhuma energia em calor. Tudo o que você precisa fazer é trocar um indutor em uma frequência um tanto alta!

No entanto, para alguns, mudar de regulador pode parecer um pouco intimidante. Eles tendem a ter padrões mais elevados para o layout da placa em comparação com os reguladores lineares e precisam de um indutor – às vezes, de mais alguns componentes também. Os indutores por si só são componentes um tanto intimidantes, com alguns parâmetros a mais do que esperávamos, e você pode ficar confuso ao adicionar um regulador de comutação ao seu circuito.

Não mais! Neste artigo, darei a você os princípios básicos do regulador de comutação, removerei qualquer névoa de guerra que possa estar turvando sua visão e mostrarei como é fácil obter alguns amperes em sua voltagem favorita sempre que precisar.

Encontrando seus favoritos

Existem inúmeros reguladores de comutação que você pode usar para diversos fins! Por exemplo, os reguladores buck só podem diminuir a tensão, os reguladores boost só podem aumentá-la, enquanto o buck-boost pode fazer as duas coisas, permitindo obter, digamos, 12 V de um pacote LiIon que varia de 10 V a 14.4 V. Há duas maneiras de encontrar alguns amigos reguladores de comutação - obtendo números de peças de circuitos de outra pessoa ou acessando Digikey/Mouser/etc e vendo suas ofertas.

Existem reguladores de comutação para a maioria das finalidades que você possa imaginar. Quer converter 12 V em alguns amperes de 5 V ou 3.3 V? Você tem muitas opções aqui! Quer produzir 5V ou 3.3V com tensão de LiIon? Há um bom número de reguladores exatamente para esse fim! Um regulador de potência extremamente baixa que produz 3.3 V para o seu ESP8266 a partir de duas baterias AA? Você entendeu! E a opção mais simples possível é pegar emprestado um circuito de um projeto existente razoavelmente aberto ou apenas visível publicamente.

Por exemplo, há uma tonelada de diferentes placas “DC-DC” que pode encontrar rapidamente online – só no Aliexpress, há dezenas de designs populares, e uma boa quantidade de outros mais obscuros também. Basta digitar “step-down DC-DC 5V”, qualquer configuração/tensão desejada, encontrar algumas listagens que sejam realmente precisas e ver qual chip eles estão usando. Você consegue encontrar a folha de dados? Você pode comprá-lo facilmente? Algumas listagens mentem sobre os valores atuais, então, o chip pode realmente produzir o que você precisa? Se sim, você está pronto!

É claro que, para muitas finalidades, você pode reutilizar esses módulos e não se preocupar em procurar seus próprios designs. No entanto, na maioria das vezes, fazer o seu próprio circuito regulador de comutação terá retorno – tanto no preço, mas também na estabilidade do seu circuito! Por exemplo, um segredo aberto é que esses módulos tendem a ter indutores mal adaptados, sejam peças mais baratas possíveis ou apenas valores calculados incorretamente. Freqüentemente, você só precisa substituir o indutor para ver a corrente de saída disparar e ver a produção de calor diminuir em geral também!

Freqüentemente, os CIs reguladores de comutação usados ​​nesses módulos também são os chips mais baratos possíveis, e há CIs melhores disponíveis por pouco mais dinheiro. Então, visite o seletor de peças do regulador de comutação do seu site de peças favorito – Digikey/LCSC/Mouser ou qualquer outro. Coloque as faixas de tensão de entrada e saída desejadas, corrente máxima com alguma margem de manobra, marque “Em estoque”, classifique por preço e veja até onde você pode chegar abaixo de US$ 1!

Meus favoritos pessoais recentemente são alguns. PAM2306 é um regulador buck de 3.3 V / 1A de trilho duplo capaz de executar 100% do ciclo de trabalho, o que ajuda muito ao alimentar coisas com uma bateria LiIon ou LiFePO4. AP63200 pode fazer 5V ou 3.3V a 2A de até 30V, o que é ótimo para minhas travessuras USB-PD! E, na frente oriental, o SY8089 é uma boa escolha para trilhos gerais de baixa tensão. Tem alguns reguladores que você recomendaria a outras pessoas? Compartilhe-os conosco na seção de comentários!

Encontrou um chip que você gosta? Saúde! A esmagadora maioria deles precisa de um indutor. Não vamos perder tempo e aprender sobre isso.

Conheça o indutor

Indutores são bobinas de fio feitas de uma determinada maneira, capazes de armazenar uma boa quantidade de energia eletromagnética nas circunstâncias certas. Eles também resistem a mudanças na corrente, produzindo uma tensão oposta. Alguém mais experiente em indutores do que eu poderia lhe contar muito sobre como os indutores são muito legais, e eles são absolutamente muito legais! E, para usar reguladores chaveados, você não precisa saber muito sobre indutores para usá-los. O que você precisa saber é que um chip regulador de comutação faz uso dessas características para converter uma tensão em outra, e há apenas três parâmetros que você realmente precisa acompanhar.

O primeiro é a indutância, geralmente na faixa uH (microHenry). A folha de dados do seu regulador de comutação informará diretamente qual valor de indutância é adequado, talvez no esquema de exemplo ou na seção “parâmetros recomendados”, ou fornecerá uma fórmula para calcular a indutância necessária. Se não lhe der nenhum destes dois, procure valores que outras pessoas usam com este chip, ou escolha um chip diferente – na maioria das vezes, há outros chips reguladores de comutação que você pode usar com a mesma facilidade e que realmente têm bons folhas de dados.

Outro valor é a corrente DC. Novamente, muitas folhas de dados segurarão sua mão enquanto o orienta na seleção do indutor, e a folha de dados do PAM2306 que mostro acima informa que a corrente CC é sua corrente máxima mais a corrente de ondulação, e você pode assumir que a corrente de ondulação é de 40% de corrente máxima que você deseja. Se você quiser ter certeza, a folha de dados fornece uma fórmula para calcular um valor mais preciso, mas geralmente, as folhas de dados que verifiquei dizem para você adicionar 40-50%. Portanto, se você escolher que a corrente CC do indutor seja 1.5 vezes maior que a corrente máxima desejada, provavelmente não errará.

Você também poderá ver um parâmetro específico, resistência DC. Quanto menor, melhor, é claro – menos corrente desperdiçada na forma de calor. Também não é apenas desperdício – os tipos de indutores usados ​​em aplicações de reguladores de comutação têm suas características piorando rapidamente quando aquecem. Além disso, alguns indutores não estão em sua melhor forma quando usados ​​para fins de comutação de reguladores, mesmo que pareçam adequados. Aqui está um exemplo de tal indutor. Este é um indutor de filtragem de barramento de alimentação e, se foi isso que você encontrou, provavelmente existe um indutor de potência (do tipo que você usa para fins de comutação) disponível com especificações melhores e que se adapta muito melhor à sua aplicação - não que seja 100% inutilizável, mas você se beneficiará se procurar mais.

Vamos resumir como é simples encontrar um indutor. Três parâmetros – indutância, corrente CC e resistência CC. A indutância está na folha de dados, a corrente CC é a corrente máxima desejada vezes 1.5 mais ou menos, e o terceiro é o mais baixo possível com seu dinheiro. Além disso, verifique se o indutor é adequado para aplicações de reguladores de comutação. Quer saber mais? Aqui estão algumas notas de aplicativos – aqui estão uma nota de Wurth sobre complexidades de indutores, e uma nota de TI sobre noções básicas de comutação de reguladores.

Acesse o site do seu seletor de componentes favorito - Digikey, Mouser, LCSC ou qualquer outro - coloque os parâmetros de indutância e corrente CC no seletor de peças do indutor, encontre a melhor resistência CC para seu dinheiro e pronto. Inferno, você pode até encontrar indutores no Aliexpress! Eles não tendem a listar parâmetros de corrente/resistência CC, e as folhas de dados são poucas e raras, mas se você precisar de algo simples e barato, está na mesa.

Encontrou um indutor? Pegue a ficha técnica, veja se o KiCad já tem uma pegada adequada, se não, é só pegar uma pegada existente e ajustar, e pronto. Pegamos o chip regulador, escolhemos o indutor, agora é hora de projetar uma placa!

Caso você se perca

Se a ficha técnica do seu regulador for boa, você já está pronto. As melhores planilhas de dados fornecem um exemplo de layout, mostram quais resistores usar, mencionam quaisquer componentes extras, requisitos de capacitores e ensinam tudo o mais que você possa querer saber.

No entanto, nem todas as folhas de dados contêm tudo o que você gostaria de saber. É uma chatice, mas não significa que você não possa fazer isso! Existem apenas alguns aspectos a serem considerados – layout da placa, resistores de feedback e quaisquer componentes extras que você possa precisar. Da próxima vez, vamos examinar isso e também mostrarei algumas dicas e truques do regulador de comutação!

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