Імпульсні регулятори для чайників

Імпульсні регулятори для чайників

Мітка часу: 22 січня 2024 р. 1:00
Вихідний вузол: 3078533

У наших конструкціях ми часто використовуємо лінійні регулятори. Вони дешеві та прості – ви кладете саму мікросхему регулятора на плату, додаєте два конденсатори та отримуєте напругу. Лінійні регулятори, звичайно, недосконалі – вони не можуть не витрачати різницю напруг як тепло, для початку, що прямо виключає їх для цілей із сильним струмом або значного перетворення різниці напруг, якщо у вас під рукою нема потужний радіатор. Вони також не можуть підвищити напругу, а це означає, що ви можете переходити лише від високого до низького – це трохи розчаровує.

Звичайно, ми не просто підняли руки вгору, якщо лінійний регулятор не відповідає нашій меті. Перемикаючі регулятори не мають жодного з цих недоліків, тому лише у вашому мобільному телефоні їх кілька десятків. Вони набагато ефективніші та високотехнологічні, здатні перетворювати одну напругу в іншу, майже не втрачаючи електроенергії на тепло. Все, що вам потрібно зробити, це перемкнути індуктор на дещо високу частоту!

Однак для деяких перемикання регуляторів може виглядати трохи лякаюче. Вони, як правило, мають вищі стандарти для компонування плати порівняно з лінійними регуляторами, і їм потрібен індуктор – іноді також кілька додаткових компонентів. Самі по собі індуктори є дещо лякаючими компонентами, які мають трохи більше параметрів, ніж ми очікували, і ви можете заплутатися, шукаючи можливість додати імпульсний регулятор до вашої схеми.

Не більше! У цій статті я розкажу вам про основи комутаційного регулятора, усуну будь-який туман війни, який може затьмарювати ваш зір, і покажу вам, як легко ви можете отримати хороші кілька ампер на вашій улюбленій напрузі, коли вам це потрібно.

Пошук улюблених

Існує безліч перемикаючих регуляторів, які можна використовувати для різних цілей! Наприклад, понижувальні регулятори можуть лише зменшувати напругу, підвищувальні стабілізатори можуть лише підвищувати її, тоді як понижувальні регулятори можуть робити і те, і інше, дозволяючи отримати, скажімо, 12 В від літій-іонного акумулятора, який змінюється від 10 В до 14.4 В. Є два способи знайти собі друзів із комутаційними регуляторами – або отримати номери деталей від чиїхось схем, або зайти через Digikey/Mouser/і т.д. і переглянути їхні пропозиції.

Існують перемикаючі регулятори для більшості цілей, які ви можете придумати. Хочете перетворити 12 В на кілька ампер 5 В або 3.3 В? У вас є маса варіантів! Хочете отримати 5 В або 3.3 В з напруги LiIon? Існує велика кількість регуляторів саме для цієї мети! Регулятор надзвичайно низької потужності, який виробляє 3.3 В для вашого ESP8266 від двох батарейок типу АА? Ти зрозумів! І найпростіший можливий варіант - це запозичення схеми з існуючого досить відкритого або просто загальнодоступного дизайну.

Наприклад, є маса різних дощок «DC-DC», які ви можете швидко знайти в Інтернеті – лише на Aliexpress є десятки популярних дизайнів, а також чимала кількість більш незрозумілих. Просто введіть «step-down DC-DC 5V», будь-яку бажану конфігурацію/напругу, знайдіть кілька справді точних списків і подивіться, який чіп вони використовують. Чи можете ви знайти таблицю даних? Чи можете ви легко його купити? Деякі списки брешуть про поточні значення, отже, чи може чіп справді виробляти те, що вам потрібно? Якщо так, то все готово!

Звичайно, для багатьох цілей ви можете використовувати ці модулі повторно і не хвилюватися навіть про пошук власного дизайну. Однак найчастіше створення власної схеми імпульсного регулятора окупиться – як у ціні, так і в стабільності вашої схеми! Наприклад, відкритим секретом є те, що ці модулі, як правило, мають погано підібрані котушки індуктивності, або найдешевші можливі частини, або просто неправильно розраховані значення. Так часто вам потрібно лише замінити індуктор, щоб побачити різке зростання вихідного струму та загальне зниження теплової потужності!

Часто мікросхеми регулятора перемикання, які використовуються в цих модулях, також є найдешевшими з можливих мікросхем, і є кращі мікросхеми, доступні за навряд чи більші гроші. Тож відвідайте інструмент вибору деталей комутаційного регулятора на вашому улюбленому веб-сайті – Digikey/LCSC/Mouser чи будь-який інший. Введіть бажані діапазони вхідної та вихідної напруги, максимальний струм з певним запасом дій, поставте позначку «В наявності», відсортуйте за ціною та подивіться, наскільки далеко ви можете отримати менше ніж 1 долар!

Моїх особистих улюбленців останнім часом дуже багато. PAM2306 — це понижуючий регулятор із подвійною рейкою 3.3 В/1 А, здатний виконувати 100% робочий цикл, що значно допомагає під час живлення від LiIon або LiFePO4 батареї. AP63200 може створювати 5 В або 3.3 В при 2 А від 30 В, що є радістю для моїх махінацій USB-PD! А на східному фронті SY8089 є хорошим вибором для загальних низьковольтних рейок. Є регулятори, які ви б порекомендували іншим? Поділіться ними з нами в коментарях!

Знайшли фішку, яка вам подобається? здоров'я! Переважній більшості з них потрібен індуктор. Давайте не втрачати часу і дізнаємось про них.

Зустрічайте Індуктор

Котушки індуктивності – це котушки дроту, виготовлені певним чином, здатні накопичувати достатню кількість електромагнітної енергії за правильних обставин. Вони також протистоять змінам струму, виробляючи протилежну напругу. Хтось, хто більше розбирається в індуктивності, ніж я, міг би розповісти вам багато про те, наскільки індуктори дуже круті, і вони справді дуже круті! І для використання регулятора перемикання вам не потрібно багато знати про котушки індуктивності, щоб ними користуватися. Що вам потрібно знати, так це те, що мікросхема імпульсного регулятора використовує ці характеристики для перетворення однієї напруги в іншу, і є лише три параметри, які вам дійсно потрібно відстежувати.

Перший - індуктивність, як правило, в діапазоні мкГ (мікроГенрі). Таблиця даних вашого комутаційного регулятора або прямо скаже вам, яке значення індуктивності добре підходить, можливо, у прикладі схеми чи в розділі «рекомендовані параметри», або дасть вам формулу для розрахунку необхідної вам індуктивності. Якщо він не дає вам жодного з цих двох, подивіться на значення, які інші люди використовують із цією мікросхемою, або виберіть іншу мікросхему – найчастіше існують інші мікросхеми регулятора перемикання, які ви можете використовувати так само легко і які насправді мають хороші показники таблиці даних.

Інше значення - постійний струм. Знову ж таки, багато таблиць даних будуть прямо тримати вас за руку, проводячи вас через вибір котушки індуктивності, і таблиця даних PAM2306, яку я показую вище, говорить вам, що постійний струм є вашим максимальним струмом плюс струм пульсацій, і ви можете припустити, що струм пульсацій становить 40% максимального струму, який ви хочете. Якщо ви хочете знати напевно, таблиця даних містить формулу для розрахунку більш точного значення, але загалом таблиці даних, які я перевірив, говорять вам додати 40-50%. Отже, якщо ви виберете постійний струм індуктивності в 1.5 рази більший за потрібний максимальний струм, ви, швидше за все, не помилитеся.

Ви також можете побачити певний параметр, опір постійному струму. Чим нижче, тим, звичайно, краще – менше струму витрачається на тепло. Це також не просто відходи – тип котушок індуктивності, які використовуються в додатках комутаційного регулятора, має свої характеристики, які швидко погіршуються, коли вони нагріваються. Крім того, деякі котушки індуктивності не найкращі, коли використовуються для цілей комутаційного регулятора, навіть якщо вони виглядають як частина. Ось приклад такого індуктора. Це індуктор для фільтрації шини живлення, і якщо це те, на що ви натрапили, то, ймовірно, є індуктор живлення (такий, який ви використовуєте для комутації), доступний із кращими специфікаціями, який набагато краще підходить для вашої програми – не те, що він на 100% непридатний для використання, але вам буде корисно шукати далі.

Давайте підсумуємо, наскільки просто знайти індуктор. Три параметри – індуктивність, постійний струм і опір постійному струму. Індуктивність вказана в таблиці даних, постійний струм — це бажаний максимальний струм, помножений на 1.5 плюса або мінуса, а третє — настільки низький, наскільки ви можете піти за свої гроші. Крім того, переконайтеся, що котушка індуктивності підходить для додатків комутаційного регулятора. Хочете дізнатися більше? Ось деякі примітки до програми – ось Додаток Wurth про тонкощі індуктора, та Додаток TI про основи комутаційного регулятора.

Перейдіть на ваш улюблений веб-сайт вибору компонентів – Digikey, Mouser, LCSC або будь-який інший – введіть параметри індуктивності та постійного струму в інструмент вибору деталей індуктивності, знайдіть найкращий опір постійному струму за свої гроші, і все готово. Чорт, ви навіть можете знайти індуктори на Aliexpress! Вони не схильні перераховувати параметри постійного струму/опору, а таблиць даних дуже мало, але якщо вам потрібно щось просте та дешеве, це на столі.

Знайшли індуктор? Отримайте таблицю даних, перевірте, чи KiCad вже має відповідну площину, якщо ні, просто візьміть наявну площину та налаштуйте її, і все. Ми отримали чіп регулятора, ми вибрали індуктор, тепер настав час розробити плату!

На випадок, якщо ви заблукаєте

Якщо паспорт вашого регулятора хороший, ви вже готові. Найкращі таблиці даних надають приклад схеми, показують, які резистори використовувати, згадують будь-які додаткові компоненти, вимоги до конденсаторів і навчають усього іншого, що ви можете знати.

Однак не всі таблиці містять все, що ви хотіли б знати. Це неприємно, але це не означає, що ви не можете це зробити! Потрібно пам’ятати лише про кілька аспектів – компонування плати, резистори зворотного зв’язку та будь-які додаткові компоненти, які можуть знадобитися. Наступного разу давайте переглянемо це, і я також покажу вам кілька порад і підказок щодо регулятора комутації!

Часова мітка:

Більше від Рубати день