Импульсные регуляторы для чайников

Импульсные регуляторы для чайников

Отметка времени: 22 января 2024 г., 1:00
Исходный узел: 3078533

В наших конструкциях мы часто используем линейные регуляторы. Они дешевы и просты — ставишь саму микросхему регулятора на плату, добавляешь два конденсатора и получаешь напряжение. Линейные стабилизаторы, конечно, несовершенны – они не могут не тратить разницу напряжений на тепло, во-первых, что исключает возможность использования их для сильноточных целей или преобразований значительной разницы напряжений, если только у вас нет под рукой здоровенного радиатора. Они также не могут повышать напряжение, а это означает, что вы можете переключаться только с высокого на низкое, что немного разочаровывает.

Конечно, мы не просто вскидываем руки вверх, если линейный регулятор не соответствует нашим целям. Импульсные регуляторы не имеют ни одного из этих недостатков, поэтому только в вашем мобильном телефоне их несколько десятков. Они намного более эффективны и высокотехнологичны, способны преобразовывать одно напряжение в другое, почти не теряя при этом энергии в тепло. Все, что вам нужно сделать, это переключить дроссель на несколько высокой частоте!

Однако для некоторых переключение регуляторов может показаться немного пугающим. У них, как правило, более высокие стандарты компоновки платы по сравнению с линейными стабилизаторами, и им действительно нужен дроссель, а иногда и еще несколько компонентов. Сами по себе катушки индуктивности представляют собой несколько устрашающие компоненты, у них гораздо больше параметров, чем мы ожидали, и вы можете запутаться, пытаясь добавить в свою схему импульсный стабилизатор.

Больше не надо! В этой статье я изложу вам основы импульсного регулятора, удалю туман войны, который может затуманить ваше зрение, и покажу, как легко вы можете получить несколько хороших усилителей с вашим любимым напряжением, когда вам это нужно.

Найдите своих фаворитов

Существует множество импульсных регуляторов, которые вы можете использовать для самых разных целей! Например, понижающие стабилизаторы могут только уменьшать напряжение, повышающие стабилизаторы могут только увеличивать его, а повышающе-понижающие могут делать и то, и другое, позволяя вам получить, скажем, 12 В от литий-ионного аккумулятора, напряжение которого варьируется от 10 В до 14.4 В. Есть два способа найти себе друзей по импульсным регуляторам: либо получить номера деталей из чужих схем, либо просмотреть Digikey/Mouser/и т. д. и просмотреть их предложения.

Для большинства целей, о которых вы только можете подумать, существуют переключающие регуляторы. Хотите преобразовать 12 В в несколько ампер напряжением 5 В или 3.3 В? Здесь у вас есть масса вариантов! Хотите получить напряжение 5 В или 3.3 В из напряжения LiIon? Для этой цели существует большое количество регуляторов! Регулятор чрезвычайно малой мощности, который выдает 3.3 В для вашего ESP8266 от двух батареек АА? Ты получил это! И самый простой возможный вариант — заимствовать схему из существующей достаточно открытой или просто общедоступной конструкции.

Например, в Интернете можно быстро найти массу различных плат «DC-DC» — только на Aliexpress есть десятки популярных дизайнов, а также немало малоизвестных. Просто введите «понижающее напряжение постоянного тока-постоянного тока 5 В», любую желаемую конфигурацию/напряжение, найдите несколько списков, которые действительно точны, и посмотрите, какой чип они используют. Можете ли вы найти даташит? Легко ли купить его? В некоторых списках указаны текущие значения, поэтому может ли чип действительно производить то, что вам нужно? Если да, то все готово!

Конечно, для многих целей вы можете повторно использовать эти модули и даже не беспокоиться о поиске собственных разработок. Однако чаще всего создание собственной схемы импульсного стабилизатора окупается – как по цене, так и по стабильности вашей схемы! Например, ни для кого не секрет, что эти модули, как правило, имеют плохо подходящие индукторы, либо самые дешевые детали, либо просто неправильно рассчитанные значения. Очень часто вам нужно всего лишь заменить индуктор, чтобы увидеть резкий рост выходного тока, а также общее снижение тепловой мощности!

Часто микросхемы импульсного стабилизатора, используемые в этих модулях, также являются самыми дешевыми микросхемами, и есть более качественные микросхемы, доступные едва ли за большие деньги. Итак, зайдите в инструмент выбора запчастей импульсного регулятора на вашем любимом веб-сайте запчастей — Digikey/LCSC/Mouser или где-то еще. Укажите желаемые диапазоны входного и выходного напряжения, максимальный ток с некоторой допуском, отметьте «В наличии», отсортируйте по цене и посмотрите, насколько далеко вы можете получить цену менее 1 доллара!

Моих личных фаворитов в последнее время немало. PAM2306 — это понижающий стабилизатор с двумя шинами 3.3 В/1 А, способный выполнять 100% рабочий цикл, что очень помогает при питании устройств от LiIon или LiFePO4 аккумуляторов. AP63200 может выдавать напряжение 5 В или 3.3 В при токе 2 А от 30 В, что очень здорово для моих махинаций с USB-PD! А на восточном фронте SY8089 является хорошим выбором для обычных низковольтных линий. Есть ли регуляторы, которые вы бы порекомендовали другим? Поделитесь ими с нами в разделе комментариев!

Нашли фишку, которая вам понравилась? Ваше здоровье! Подавляющему большинству из них необходим индуктор. Давайте не будем терять времени и узнаем об этом.

Знакомьтесь, Индуктор

Индукторы представляют собой катушки проволоки, изготовленные определенным образом и способные хранить большое количество электромагнитной энергии при определенных обстоятельствах. Они также сопротивляются изменениям тока, создавая противоположное напряжение. Кто-то более разбирающийся в индукторах, чем я, мог бы рассказать вам массу о том, насколько индукторы действительно круты, и они действительно очень круты! А для использования импульсного стабилизатора вам не нужно много знать о индукторах, чтобы их использовать. Что вам нужно знать, так это то, что микросхема импульсного стабилизатора использует эти характеристики для преобразования одного напряжения в другое, и есть только три параметра, которые вам действительно нужно отслеживать.

Во-первых, это индуктивность, обычно в диапазоне мкГн (микроГенри). В таблице данных вашего импульсного регулятора либо прямо указано, какое значение индуктивности подходит, возможно, в примерной схеме или в разделе «рекомендуемые параметры», либо будет дана формула для расчета необходимой вам индуктивности. Если он не дает вам ни одного из этих двух, посмотрите на значения, которые другие люди используют с этим чипом, или выберите другой чип — чаще всего есть другие чипы импульсного регулятора, которые вы можете использовать так же легко и которые на самом деле имеют хорошие характеристики. таблицы данных.

Другое значение — постоянный ток. Опять же, многие таблицы данных будут держать вас за руку, пока вы выбираете индуктор, а таблица данных PAM2306, которую я показываю выше, говорит вам, что постоянный ток — это ваш максимальный ток плюс ток пульсаций, и вы можете предположить, что ток пульсаций равен 40%. максимального тока, который вы хотите. Если вы хотите знать наверняка, в таблице данных приведена формула для расчета более точного значения, но, как правило, в таблицах данных, которые я проверил, указано добавить 40-50%. Итак, если вы выберете постоянный ток дросселя в 1.5 раза больше желаемого максимального тока, вы, вероятно, не ошибетесь.

Вы также можете увидеть конкретный параметр — сопротивление постоянному току. Конечно, чем ниже, тем лучше — меньше тока тратится в виде тепла. И это не просто отходы: характеристики индукторов, используемых в импульсных регуляторах, быстро ухудшаются при нагревании. Кроме того, некоторые индукторы не лучшим образом подходят для использования в целях переключающего регулятора, даже если они выглядят соответствующе. Вот пример такого индуктора. Это фильтрующий индуктор шины питания, и если вы наткнулись на него, скорее всего, существует силовой индуктор (тот, который вы используете для целей переключения) с лучшими характеристиками, который гораздо лучше подходит для вашего приложения — не то чтобы он на 100% непригоден для использования, но вам будет полезно посмотреть дальше.

Подведем итог, насколько просто найти дроссель. Три параметра – индуктивность, постоянный ток и сопротивление постоянному току. Индуктивность указана в таблице данных, постоянный ток — это желаемый максимальный ток, умноженный на 1.5 плюс-минус, а третий — это настолько низкий уровень, насколько вы можете заплатить за свои деньги. Кроме того, убедитесь, что дроссель подходит для применения в импульсных регуляторах. Хотите узнать больше? Вот несколько заметок – вот заметка Wurth о тонкостях индуктора, и Приложение TI, посвященное основам импульсного регулятора.

Зайдите на свой любимый веб-сайт выбора компонентов — Digikey, Mouser, LCSC или что-нибудь еще — укажите параметры индуктивности и постоянного тока в инструменте выбора деталей индуктора, найдите лучшее сопротивление постоянному току за свои деньги, и все готово. Черт, да вы даже можете найти индукторы на Aliexpress! Они не склонны перечислять параметры постоянного тока/сопротивления, а таблицы данных немногочисленны, но если вам нужно что-то простое и дешевое, это есть на столе.

Нашли индуктор? Получите таблицу данных, посмотрите, есть ли уже подходящее посадочное место у KiCad, если нет, просто возьмите существующее посадочное место и откорректируйте его, и все. Микросхема регулятора у нас есть, катушка индуктивности подобрана, теперь пришло время спроектировать плату!

На случай, если вы заблудитесь

Если таблица данных вашего регулятора хорошая, значит, все уже настроено. Лучшие таблицы данных содержат пример схемы, показывают, какие резисторы использовать, упоминают любые дополнительные компоненты, требования к конденсаторам и обучают всему остальному, что вы можете знать.

Однако не все таблицы содержат все, что вам хотелось бы знать. Это облом, но это не значит, что вы не можете этого сделать! Необходимо учитывать всего несколько аспектов — расположение платы, резисторы обратной связи и любые дополнительные компоненты, которые могут вам понадобиться. В следующий раз давайте рассмотрим это, и я также покажу вам несколько советов и рекомендаций по переключающему регулятору!

Отметка времени:

Больше от Взломать день