Byte av regulatorer för dummies

Byte av regulatorer för dummies

Tidsstämpel: 22 januari 2024 1:00
Källnod: 3078533

Vi använder ofta linjära regulatorer i våra konstruktioner. De är billiga och enkla – du sätter själva regulatorchippet på kortet, lägger till två kondensatorer och får en spänning. Linjära regulatorer är naturligtvis ofullkomliga – de kan inte låta bli att slösa bort spänningsskillnaden som värme, till att börja med, vilket direkt utesluter dem för högströmsändamål, eller betydande spänningsskillnadsomvandlingar, om du inte har en rejäl kylfläns till hands. De kan inte heller öka spänningen, vilket innebär att du bara kan gå från hög till låg – lite av en besvikelse.

Naturligtvis har vi inte bara kastat händerna i luften om en linjär regulator inte passar vårt syfte. Att byta regulatorer har inga av dessa nackdelar, varför din mobiltelefon ensam har några dussin av dessa. De är mycket mer effektiva och högteknologiska, kan omvandla en spänning till en annan samtidigt som de knappt förlorar någon kraft till värme. Allt du behöver göra är att byta en induktor med en något hög frekvens!

För vissa kan dock byta regulatorer se lite skrämmande ut. De tenderar att ha högre standarder för kortlayout jämfört med linjära regulatorer, och de behöver en induktor - ibland några fler komponenter också. Enbart induktorer är något skrämmande komponenter, med en hel del fler parametrar än vi hade förväntat oss, och du kan bli förvirrad när du tittar på att lägga till en omkopplingsregulator till din krets.

Inte mer! I den här artikeln ska jag ge dig grunderna för omkopplingsregulatorn, ta bort all krigsdimma som kan grumla din syn och visa dig hur enkelt du kan få ett par bra ampere vid din favoritspänning när du behöver det.

Hitta dina favoriter

Det finns myriader av växlande regulatorer som du kan använda för många olika ändamål! Till exempel kan buck-regulatorer bara minska spänningen, boost-regulatorer kan bara öka den, medan buck-boost kan göra både och, vilket gör att du kan få till exempel 12V från ett LiIon-paket som varierar från 10V till 14.4V. Det finns två sätt du kan hitta dig själv som byter regulatorvänner – antingen att få delnummer från någon annans kretsar eller genom att gå igenom Digikey/Mouser/etc och se deras erbjudanden.

Det finns växlingsregulatorer för de flesta ändamål du kan tänka dig. Vill du konvertera 12V till några ampere på 5V eller 3.3V? Du har massor av alternativ här! Vill du göra 5V eller 3.3V av LiIon-spänning? Det finns ett stort antal regulatorer för just detta ändamål! En extremt låg effektregulator som producerar 3.3V för din ESP8266 från två AA-batterier? Du har det! Och det enklaste möjliga alternativet är att låna en krets från en befintlig någorlunda öppen eller bara offentligt synlig design.

Till exempel, det finns massor av olika "DC-DC"-kort som du snabbt kan hitta online - bara på Aliexpress finns det dussintals populära design, och en hel del mer obskyra sådana också. Ange helt enkelt "step-down DC-DC 5V", vilken konfiguration/spänning du vill ha, hitta några listor som faktiskt är korrekta och se vilket chip de använder. Kan du hitta databladet? Kan du köpa det enkelt? Vissa listor ljuger om nuvarande värden, så kan chipet faktiskt producera det du behöver? I så fall är du redo!

Naturligtvis, för många ändamål kan du återanvända dessa moduler och inte oroa dig för att ens leta efter din egen design. Men oftast lönar det sig att skapa din egen växlingsregulatorkrets – både i pris, men också i din krets stabilitet! Till exempel är en öppen hemlighet att dessa moduler tenderar att ha dåligt lämpade induktorer, antingen billigast möjliga delar eller bara felberäknade värden. Så ofta behöver du bara byta ut induktorn för att se utströmmen skjuta i höjden, och se värmeeffekten minska totalt sett också!

Ofta är växlingsregulatorns IC:er som används på dessa moduler också de billigaste chipsen som möjligt, och det finns bättre IC:er tillgängliga för knappt mer pengar. Så besök växlingsregulatorns reservdelsväljare på din favoritwebbplats – Digikey/LCSC/Mouser eller vad som helst annat. Lägg in önskade in- och utspänningsintervall, maximal ström med lite spelrum, kolla "I lager", sortera efter pris och se hur långt du kan komma under $1!

Mina personliga favoriter nyligen är några bra. PAM2306 är en dual-rail 3.3V/1A buck-regulator som klarar 100% arbetscykel, vilket hjälper massor när man driver saker från ett LiIon- eller LiFePO4-batteri. AP63200 kan göra 5V eller 3.3V vid 2A från så högt som 30V, vilket är bra för mina USB-PD-skick! Och på östfronten är SY8089 ett bra val för allmänna lågspänningsskenor. Har du några regulatorer som du skulle rekommendera till andra? Dela dem med oss ​​i kommentarsfältet!

Hittade du ett chip du gillar? Skål! Den överväldigande majoriteten av dem behöver en induktor. Låt oss inte slösa bort tid och lära oss om dem.

Möt The Inductor

Induktorer är trådspolar gjorda på ett visst sätt, som kan lagra en bra mängd elektromagnetisk energi under rätt omständigheter. De motstår också förändringar i ström genom att producera en motsatt spänning. Någon som är mer induktorkunnig än jag skulle kunna berätta massor om hur induktorer verkligen är coola, och de är absolut väldigt coola! Och för att växla regulator behöver du inte veta mycket om induktorer för att använda dem. Vad du behöver veta är att ett switchande regulatorchip använder dessa egenskaper för att omvandla en spänning till en annan, och det finns bara tre parametrar du verkligen behöver hålla reda på.

Den första är induktansen, vanligtvis i uH (microHenry) intervallet. Din växlingsregulators datablad kommer antingen direkt att berätta vilket induktansvärde som passar bra, kanske i exemplet schematiskt eller i avsnittet "rekommenderade parametrar", eller så ger det dig en formel för att beräkna den induktans du behöver. Om det inte ger dig någon av dessa två, titta på värden som andra människor använder med detta chip, eller välj ett annat chip – oftare än inte finns det andra switchande regulatorchips du kan använda lika enkelt och som faktiskt har bra datablad.

Ett annat värde är DC-ström. Återigen, många datablad kommer rakt upp att hålla din hand medan du går igenom induktorvalet, och PAM2306-databladet som jag visar ovan berättar att DC-ström är din maximala ström plus rippelström, och du kan anta att rippelström är 40 % av maximal ström du vill ha. Om du vill veta säkert, ger databladet en formel för att beräkna ett mer exakt värde, men i allmänhet säger databladen jag har kontrollerat att du ska lägga till 40-50%. Så om du väljer induktorns likström som ska vara 1.5 gånger större än den maximala strömmen du vill ha, kommer du förmodligen inte att gå fel.

Du kan också se en specifik parameter, DC-resistans. Ju lägre, desto bättre, förstås – mindre ström slösas bort som värme. Det är inte bara slöseri heller – den typ av induktorer som används i switchade regulatortillämpningar får sina egenskaper snabbt att försämras när de värms upp. Dessutom är vissa induktorer inte som bäst när de används för att byta regulator, även om de ser ut som en del. Här är ett exempel av en sådan induktor. Det här är en induktor för strömskenefiltrering, och om det var det du snubblade över, finns det troligen en ströminduktor (den sort du använder för växlingsändamål) tillgänglig med bättre specifikationer som passar mycket bättre för din applikation – inte för att den är 100 % oanvändbar, men du kommer att tjäna på att leta vidare.

Låt oss sammanfatta hur enkelt det är att hitta en induktor. Tre parametrar - induktans, DC-ström och DC-resistans. Induktans finns i databladet, DC-ström är din önskade maxström gånger 1.5 ge eller ta, och tredje är så låg som du kan gå för dina pengar. Kontrollera dessutom att induktorn är lämpad för växling av regulatortillämpningar. Vill du lära dig mer? Här är några appnotes – här är en Wurth-anmärkning om induktorförvecklingar, och en TI appnot om att byta regulator grunderna.

Gå till din favoritwebbplats för komponentväljare – Digikey, Mouser, LCSC eller något annat, – lägg in parametrarna för induktans och likström i induktordelväljaren, hitta det bästa likströmsmotståndet för pengarna, och du är klar. Helvete, du kan till och med hitta induktorer på Aliexpress! De tenderar inte att lista likströms-/motståndsparametrar, och datablad är få och långt emellan, men om du behöver något enkelt och billigt så ligger det på bordet.

Hittade du en induktor? Skaffa databladet, se om KiCad redan har ett passande fotavtryck, om inte, ta bara ett befintligt fotavtryck och justera det, och det är allt. Vi har regulatorchipset, vi har valt induktorn, nu är det dags att designa ett kort!

Ifall du går vilse

Om din regulators datablad är bra är du redan inställd. De bästa databladen ger en exempellayout, visar dig vilka motstånd du ska använda, nämner eventuella extra komponenter, kondensatorkrav och lär dig allt annat du kan vilja veta.

Men inte alla datablad innehåller allt du vill veta. Det är en bummer, men det betyder inte att du inte kan få det gjort! Det finns bara några få aspekter att tänka på – kortlayout, återkopplingsmotstånd och alla extra komponenter du kan behöva. Nästa gång, låt oss gå igenom dessa, så ska jag visa dig några tips och tricks för att byta regulator också!

Tidsstämpel:

Mer från Hacka en dag