Мощный понижающий преобразователь напряжения из нерабочего компьютера. stalevik wrote in December 10th, 2014
В ноутбуках применяются современные мощные синхронные понижающие преобразователи напряжения. Мне удалось найти плату LA575 от нерабочего ноутбука с удобным расположением преобразователя. Вообще на плате их несколько,- для питания процессора, северного моста, видеокарты, оперативной памяти, и каие-то ещё. Однако не все они подойдут. У некоторых напряжение задаётся подачей комбинации логических сигналов на выводы VID1...VID6.
Если требуется сделать регулируемый преобразователь, то от таких схем придётся отказаться. Я выбрал блок питания оперативной памяти. Вот его схема.
Просмотрев весь даташит на плату я так и не смог понять, какой максимальный ток может выдать этот блок питания. По даташиту на TPS51117 максимальный ток- 10А. Транзисторы и дроссель способны выдержать ток 20А.
Спаиваем с платы мешающие детали и аккуратно выпиливаем преобразователь.
Теперь нужно надфилем или шкуркой обточить срезанные края платы. После этого под лупой убедиться что после выпила нет замыкания внутренних слоёв.
На плате остались нужные детали- конденсаторы входной цепи. Спаиваем их и напаиваем на платочку.
Припаиваем провода- два на вход, и два на выход. Провода лучше взять потолще, ведь ток будет несколько ампер.
Как видно по схеме, на выводы 4 и 10 должно подаваться питание 5В. Придётся дополнить схему стабилизатором напряжения 5В.
Также на вывод 1 должен приходить сигнал SYSON (вродебы 3В, но я подключал 5В через резистор 1кОм).
Ну вот, блок питания на 1,5В готов! А если потребуется другое напряжение? В даташите на TPS51117 написано, что она может регулировать выходное напряжение от 0,75В до 5,5В. Для этого напряжение на вывод 5 (VFB) должно подаваться с выхода через резистивный делитель. На схеме это два резистора слева внизу. Я заменил их на подстроечный резистор 20кОм.
Спустя некоторое время я снял видео
Выбор DC/DC-преобразователя для приложения может оказаться устрашающей задачей. Кроме того, что они доступны на рынке в большом количестве, проектировщик должен ещё и пойти на несметное число компромиссов. Обычно для источника питания важны размер, КПД, цена, температура, точность и переходные характеристики. Необходимость удовлетворять техническим требованиям ENERGY STAR® или критериям «green-mode» делает КПД по энергии всё более важным параметром. Разработчики стремятся повысить КПД без увеличения стоимости, особенно в приложениях крупномасштабной бытовой электроники, для которых уменьшение потребления энергии на 1 Вт может сэкономить МВт для энергетической системы. Полупроводниковая промышленность недавно выпустила недорогие DC/DC-преобразователи с синхронным выпрямлением, которые считаются более эффективными, чем асинхронные DC/DC-преобразователи. В данной статье сравниваются КПД, размер и стоимость синхронных и асинхронных преобразователей, используемых в бытовой электронике, при различных условиях работы. Показано, что синхронные понижающие преобразователи не всегда более эффективны.
Типичные применения
Чтобы показать тонкие различия между двумя типами преобразователей, было выбрано типичное применение для точечной нагрузки. Множество недорогих бытовых изделий используют 12-В шину, которая получает питание от нерегулируемого сетевого адаптера или от автономного источника питания. Выходные напряжения обычно лежат в диапазоне 1-3,3 В, выходные токи - до 3 А. Для сравнения действительных значений КПД при различных выходных токах и напряжениях были выбраны устройства Texas Instruments, приведённые в таблице 1. Номинальный выходной ток, уровень которого является характеристикой любого устройства, продаваемого на рынке, был взят прямо из листов технических данных (1, 2).
Таблица 1. Сравнение устройств
Принцип работы
На рисунке 1 показана типичная блок-схема для понижающего регулятора. Основные компоненты - это Q1, силовой МОП-транзистор верхнего плеча; L1, силовая катушка индуктивности, и C1, выходной конденсатор. Для синхронной понижающей схемы используется МОП-транзистор нижнего плеча (Q2).
В асинхронной понижающей схеме используется силовой диод (D1). В синхронном преобразователе, таком как TPS54325, в устройство встроен силовой МОП-транзистор нижнего плеча. Основным преимуществом синхронного выпрямителя является то, что падение напряжения на МОП-транзисторе нижнего плеча может быть ниже, чем падение напряжения на силовом диоде асинхронного преобразователя. При одинаковом уровне тока меньшее падение напряжения превращается в меньшее рассеяние мощности и больший КПД.
Выбор силового диода
Асинхронные преобразователи разработаны для работы с внешним силовым диодом (D1). При выборе силового диода разработчик должен учесть три ключевые характеристики: обратное напряжение, падение прямого напряжения и прямой ток. Во-первых, номинальное обратное напряжение должно быть, по крайней мере, на 2 В выше, чем максимальное напряжение в коммутационном узле. Во-вторых, для большего КПД падение прямого напряжения должно быть небольшим. В-третьих, номинальное значение пикового тока должно быть больше, чем максимальный выходной ток плюс половина пикового тока катушки индуктивности. При низкой продолжительности включения (то есть низких выходных напряжениях) D1 работает как блокирующий диод, который проводит больший ток, чем МОП-транзистор верхнего уровня. Четвёртое соображение состоит в том, чтобы убедиться, что корпус выбранного диода справится с рассеянием мощности. Для TPS54331 был выбран диод B340A, который имеет номинальное обратное напряжение 40 В, падение прямого напряжения 0,5 В, и номинальный прямой ток 3 А.
Для TPS54325 силовой диод не нужен, так как в микросхему встроен 70-мОм МОП-транзистор нижнего плеча. Интегрированный МОП-транзистор экономит место; но при этом увеличивается сложность управляющей схемы, чтобы гарантировать, что оба МОП-транзистора не будут открыты одновременно, что привело бы к закорачиванию входа на землю. Любая перекрывающаяся проводимость ключей приведёт к понижению КПД и может даже перегрузить и повредить систему.
Вычисления КПД
Для определения КПД DC/DC-преобразователя нужно рассчитать общее рассеивание мощности. Основной вклад в рассеивание мощности для DC/DC-преобразователя, работающего в режиме непрерывной проводимости (continious conduction mode, ССМ), дают потери на ключах верхнего и нижнего плечей и потери на собственный потребляемый ток ИС. Эти потери можно рассчитать по следующим формулам:
Уравнения 1-3 применимы как к синхронному,так и к асинхронному преобразователю в ССМ. Однако нужно учесть потери в МОП-транзисторе нижнего уровня для синхронного понижающего преобразователя (уравнение 4), в силовом диоде нижнего уровня (PD1) для асинхронного понижающего преобразователя (уравнение 5):
В уравнении 4 первый член соответствует потерям проводимости в МОП-транзисторе нижнего уровня, а второй - потерям проводимости во встроенном диоде. Ток, текущий через встроенный диод, примерно на порядок ниже по величине, чем ток, текущий через МОП-транзистор нижнего уровня, и при 2 А им можно пренебречь.
Данные уравнения показывают, что на КПД при полной нагрузке влияют несколько факторов, такие как сопротивление между стоком и истоком, прямое напряжение между стоком и истоком, продолжительность включения, частота и времена МОП-транзистора. Потери переменного и постоянного тока в катушке индуктивности и эквивалентном последовательном сопротивлении выходной ёмкости аналогичны, так как для обоих устройств можно использовать одинаковый LC-фильтр. Для DC/DC-преобразователя продолжительность включения задана, и выбирать можно только сопротивление между стоком и истоком, падение прямого напряжения и частоту переключения. Обычно времена включения и выключения МОП-транзистора не указываются в листах технических данных, но их важно учитывать, так как чем они быстрее, тем меньше мощности рассеивается. Однако при слишком быстром включении мощного МОП-транзистора в коммутационном узле могут возникать переходные помехи.
Для улучшения тепловых характеристик важно уменьшать время коммутации, что позволит выбрать более дешёвый корпус для МОП-транзистора с меньшей мощностью и более высоким сопротивлением между стоком и истоком.
КПД при высоких нагрузках
Были созданы две схемы с устройствами, приведёнными в таблице 2, так, чтобы их эффективности можно было сравнить. Устройства используют одинаковый LC-фильтр. Несмотря на то, что устройства имели несколько различные фиксированные частоты переключения, это не имело значительного влияния на КПД схемы и не могло изменить выводов данного эксперимента. Входное напряжение было выбрано 12 В и измерения КПД проводились просто при изменении выходных напряжений.
Таблица 1. Сравнение устройств
На рисунке 2 показан КПД обоих устройств с 12-В входом и 1,5-В выходом. Рисунок чётко показывает, что TPS54325 при полной нагрузке имеет более высокий КПД. Так как продолжительность включённого состояния составляла 12,5%, силовой диод асинхронного варианта с падением прямого напряжения 0,5 В рассеивал больше энергии, чем 70-мОм МОП-транзистор, а также несмотря на более высокое сопротивление между истоком и стоком ключа верхнего плеча в схеме с TPS54325.
На рисунке 3 показан КПД обоих устройств с 12-В входом и 2,5-В выходом. Очевидно, что КПД TPS54331 значительно вырос.
В этом случае продолжительность включённого состояния была 21% и оба КПД при полной нагрузке были практически одинаковыми. Силовой диод асинхронной схемы проводил реже, а МОП-транзистор верхнего плеча с низким сопротивлением включения проводил чаще. Когда рассеивание на силовом диоде нижнего плеча уменьшилось из-за уменьшения скважности, асинхронное устройство стало более эффективным.
КПД при малых нагрузках
Для некоторых приложений необходимость в КПД при малой нагрузке перевешивает необходимость в КПД при высокой нагрузке. При низких нагрузках асинхронные понижающие преобразователи переключаются в режим прерывистой проводимости (РПП). В асинхронном понижающем преобразователе ток катушки индуктивности течёт только в одном направлении. В синхронном понижающем преобразователе ток течёт в обоих направлениях, и мощность рассеивается при протекании обратного тока. На рисунке 4 показана разница между формами сигналов тока катушки индуктивности в РНП по сравнению с РПП.
TPS54331 имеет функцию пропуска импульсов, называемую Eco-modeTM, которая повышает КПД при низкой нагрузке. Данный режим работы включает мощный МОП-транзистор реже, что приводит к понижению потерь на переключение. Разница в КПД при низкой нагрузке, обусловленная функцией Eco-mode TPS54331, и его низким собственным потребляемым током при работе, показана на рисунках 2 и 3. Более подробную информацию об Eco-mode можно найти в (1).
Цена и размеры
Синхронный преобразователь со встроенным МОП-транзистором обладает такими преимуществами, как уменьшенный размер, меньшее число деталей и более простая конструкция. Но если главной целью является уменьшение цены, то асинхронный преобразователь с внешним силовым диодом может быть менее дорогим, чем синхронный понижающий преобразователь.
Заключение
Синхронные понижающие преобразователи недавно стали очень популярными и широко доступными. Однако они не всегда более эффективны. Асинхронные понижающие преобразователи могут иметь аналогичный КПД при большой скважности и низкой нагрузке. Обратив внимание на технические характеристики, особенно сопротивление между стоком и истоком и собственный потребляемый ток, разработчик может сделать лучший выбор для конкретного применения.
Литература
4.5-V to 18-V, 3-A Output Synchronous Step Down Switcher with Integrated FET (SWIFT™), TPS54325 Data Sheet (slvs932a)
3A, 28V Input, Step Down SWIFT™ DC/DC Converter with Eco-mode™, «TPS54331 Data Sheet (slvs839b)
Представляю вашему вниманию ещё одну схему понижающего (step-down) преобразователя, в данном случае синхронного, построенного на основе микросхемы HIP6004, выпаянной из старой материнской платы.
Итак, микросхема - это низковольтный ШИМ-контроллер, который предназначен для построения синхронных понижающих преобразователей по топологии buck с внешними n-канальными полевыми транзисторами MOSFET.
Эта микруха - идеальное решение для построения понижающих преобразователей в автомобиль, поскольку специально заточена на работу от 12 Вольт (запускается минимум от +9,7В, максимальное питание по даташиту +15В).
Для полного открытия n-канальных полевиков используется стандартная схема бустерной накачки (с диодом и конденсатором), напряжение которой подают на специальный вывод BOOT.
Кроме того, HIP6004 имеет пятиразрядный ЦАП, который позволяет, изменяя комбинацию уровней сигналов на входах VID0..VID4, регулировать опорное напряжение от 1,3 до 2,05 В с шагом 0,05В, или от 2 до 3,5В с шагом 0,1В, что, в свою очередь, делает возможным создать с помощью этой микросхемы преобразователь напряжения с дискретно регулируемым выходом (чем шире будет диапазон - тем больше шаг, чем уже диапазон - тем меньше шаг). Для построения преобразователя с регулируемым выходом можно просто подцепить к ногам VID0..VID4 микроконтроллер и, меняя с его помощью уровни сигналов на этих ногах, менять опорное напряжение и, соответственно, выходное напряжение преобразователя.
Ещё одной особенностью данной микросхемы является наличие "мягкого" старта, который позволяет сначала небольшими импульсами зарядить выходные конденсаторы, а потом уже переходит непосредственно к регулированию выходного напряжения.
Рабочая частота этого ШИМ-контроллера может быть перенастроена в очень широких пределах (от 50 кГц до более 1МГц). Это делается установкой подтягивающего резистора к специальному выводу RT. Когда вывод RT висит в воздухе - рабочая частота 200 кГц. Если вывод подтянут через резистор к земле, то частота увеличивается в зависимости от номинала подтягивающего резистора. Если RT подтянут к питанию, то частота уменьшается. Формулы смотрите в даташите.
Какие ещё есть вкусности у этой микрухи? Ну, есть выход POWER GOOD, есть схема ограничения пикового тока. Короче, микруха умная и интересная.
Схема (вариант с фиксированным выходным напряжением)
В чём отличие синхронного buck-конвертера от несинхронного? Всё очень просто. В обычном конвертере с земли на PHASE стоит диод Шоттки, который открывается при закрытии верхнего транзистора. Так вот, чтобы сократить потери мощности, в синхронном преобразователе вместо этого диода ставят ещё один полевой транзистор (диод Шоттки всё равно нужен, но в современных полевиках обычно есть встроенный).
Элементы:
L1, L2 - катушки индуктивности на 10..15 мкГн и 1..3 мкГн соответственно. Катушка L1 намотана на кольце с материнской платы, а катушка L2 просто выдрана оттуда целиком и не перематывалась. L2, C5 - это дополнительный LC-фильтр на выходе. Он позволяет значительно уменьшить пульсации выходного напряжения и использовать на выходе конденсаторы меньшего номинала и, соответственно размера. Практика показывает, что лучше брать катушки, намотанные не одним проводом, а несколькими.
С1 - электролитический конденсатор 220 мкФ х 16В для выхода 5 Вольт или 470 мкФ х 16В для выхода 9,5 Вольт.
С2 - керамический конденсатор на 0,1 мкФ (фильтр по питанию микрухи, ставить как можно ближе к ногам микрухи)
С3 - керамический конденсатор на 0,1 мкФ (бустерный конденсатор, на него накачивают напругу выше питания для управления полевиком)
С4,С5 - электролитические конденсаторы 100 мкФ х 16В и 220 мкФ х 16В, соответственно (выходной фильтр)
С6, С7, С8 - керамические конденсаторы на 8,2 нФ; 2,2 нФ; 0,1 мкФ соответственно (обвязка микрухи, подробности смотрите в даташите)
С9 - керамический конденсатор на 0,1 мкФ (цепь мягкого старта)
R1, R2 - резисторы делителя напряжения. Опорное напряжение компаратора ошибки для нашего случая (когда VID0...VID4 подключены к земле) равно 2,05 Вольт. Исходя из этого, формула для расчёта выходного напряжения в зависимости от сопротивлений делителя: Vout=2,05*(1+R1/R2). В нашем случае, для выхода 5В получим: R1=10 кОм, R2=6,8 кОм. Для выхода 9,5В получим R1=10 кОм, R2=2,74 кОм.
R3 - резистор на 2 кОм. Этот резистор стоит в цепи ограничения пикового тока. Пиковый ток рассчитывается по формуле: Ipk=200мкА*R3/RDS(ON) , где RDS(ON) - сопротивление верхнего транзистора в открытом состоянии).
R4, R5, R6 - резисторы на 20 кОм; 1,5 кОм и 20 Ом соответственно (обвязка микрухи, подробности смотрите в даташите).
D1 - диод для схемы бустерной накачки (подойдёт любой, я взял стеклянный smd диод с материнки)
T1, T2 - транзисторы MOSFET в корпусах мини D-pack. В принципе пойдут любые MOSFET-ы с материнок, например те же , но эти были выбраны из-за минимальных размеров корпуса.
Если вывод RT подтянуть к земле через резистор 23 кОм, то рабочая частота составит 371 кГц.
Вариант готового устройства (ещё не залитый термоклеем)
Полученный преобразователь (на частоте 371 кГц) при входном напряжении от 9,6 до 15 Вольт выдаёт на выход стабильные 5 или 9,5 Вольт (в зависимости от номинала резистора R2). Испытания проводились для нагрузки до 3 Ампер. Для выхода 5 Вольт КПД составил порядка 85..90%, а для выхода 9,5 Вольт - порядка 90..95%. Можно пересчитать резисторы делителя на любое другое выходное напряжение.
Электролитические конденсаторы нужно аккуратно загнуть к плате, катушки расположить горизонтально, в результате вся конструкция получится довольно плоской (толщиной менее 1 см).
После изготовления всю конструкцию можно залить термоклеем, после чего всё это будет выглядеть как компактный тоненький брусочек. Скачать печатную плату (DipTrace 2.0) можно по ссылке.
]? Что снижение или колебания напряжения источников питания могут приводить к преждевременным отказам, и даже выгоранию деталей вашей системы? Несомненно, почти каждый согласится с тем, что источники питания для энергоемких приложений должны быть долговечными и эффективными. Но что насчет их топологии? Должна ли она быть синхронной или асинхронной? Посмотрим на преимущества и недостатки каждой.
Варианты питания вашего устройства
Каждой электронной системе нужен источник питания, и обычно напряжение источника питания выше, чем требуется приложению. Представьте, что у вас есть источник 9 В, и вам нужно понизить напряжение до необходимых вашей системе 5 В. В вашем распоряжении несколько вариантов:
- Простой делитель напряжения с каким-либо элементарным регулятором, таким, как стабилитрон. Стабилитрон вместе с резистором, ограничивающим ток, понизят напряжение с 9 В до 5 В, при этом на резисторе упадет 4 В. В результате мы получим тепло и потери энергии.
- 5-вольтовый линейный регулятор (LDO). Опять же, вы берете 9 В и получаете 5 В, а 4 В падает на регуляторе. Если схема потребляет 1 А, то на регуляторе рассеивается мощность 4 Вт. И опять вы можете сказать, что 4 Вт неиспользуемой мощности теряются в виде тепла.
- DC/DC преобразователь. Здесь ключ, как правило, с ШИМ управлением, коммутирует подключенные к его выходу катушку индуктивности и конденсатор. Когда выходное напряжение достигает 5 В, коэффициент заполнения импульсов ШИМ падает почти до нуля. Ключ потребляет очень маленький ток, поэтому рассеиваемая мощность тоже мала. Это, безусловно, самый эффективный вариант.
Входные напряжения DC/DC преобразователя могут быть любыми из стандартного ряда 6, 9, 12, 24 или 48 В. Силовой трансформатор понижает 120 В переменного тока до стандартного уровня напряжения. Затем после выпрямления и фильтрации постоянное напряжение стабилизируется для коммерческого или промышленного использования. Например, установленные для систем телефонии 48 В, определяются напряжением батарей резервного питания. Если напряжение в сети переменного тока упадет, сразу же подключится резервная система. Совсем другая история - портативное оборудование. Эти устройства обычно работают от батарей, которые сразу дают постоянное напряжение, но им требуется стабилизированное напряжение. Поскольку напряжение батареи со временем уменьшается, его надо повышать, а уже потом стабилизировать. Так что, если ваша система работает от 3.3 В, вы должны поддерживать эти 3.3 В, даже когда напряжение батареи упадает.
При разработке источника питания вы можете выбрать, «как вам представляется», дешевое решение, вроде упомянутого выше простого делителя напряжения и стабилитрона. Заметим, что мы сказали «как представляется», дешевое, так как не принимали во внимание ничего, кроме перечня комплектующих изделий. Эти подходы содержат скрытые и дополнительные затраты на потери мощности, приводящие к большому тепловыделению и сокращению срока службы электронных компонентов системы. Заметим, что LDO регуляторы имеют очень низкие выходные шумы, но имеют такие недостатки, как высокая рассеиваемая мощность, большое падение напряжения и меньшее время работы от батарей.
В наши дни разработчики переключились на DC/DC преобразователи, чтобы получать оптимальное сочетание эффективности, тепловыделения, точности, реакции на переходные процессы и стоимости. Но путь проектирования оптимальной DC/DC системы питания может быть таким же сложным, как ориентирование на минном поле без карты. Рабочая температура преобразователей ограничивает их максимальную выходную мощность, и повышается с уменьшением размеров промышленного оборудования. Кроме того, большинство устройств, как правило, имеет очень слабое принудительное охлаждение или вообще его не имеет. Так какой же вариант схемы DC/DC лучше?
Варианты схем DC/DC: синхронная или асинхронная топология
Это два компромиссных варианта. Асинхронная топология старше, и отличается потерями мощности на внешнем диоде Шоттки. Эти потери равнозначны ухудшению КПД. Здесь мы рекомендуем синхронную топологию, поскольку она обеспечивает более высокий КПД и позволяет создавать более компактные конструкции за счет встроенного эффективного MOSFET. Это фундаментальное различие иллюстрируется Рисунком 1, где сравниваются структурные схемы асинхронного преобразователя и более интегрированного синхронного решения.
Обсудим энергетический КПД. В последние годы поставщики аналоговых ИС начали выпускать синхронные DC/DC преобразователи, чтобы уменьшить потери мощности, возникающие в асинхронных схемах с их внешними диодами Шоттки. Теперь синхронный преобразователь содержит силовой MOSFET нижнего плеча, заменяющий внешний диод Шоттки с большими потерями. Рассеиваемая этим MOSFET мощность зависит от сопротивления открытого канала R ON , в то время как потери мощности на диоде Шоттки определяются его прямым напряжением V D . При одинаковой величине тока в обеих схемах падение напряжения на MOSFET обычно меньше, чем на диоде, в результате чего в схеме с MOSFET рассеиваемая мощность ниже.
Рассеиваемая на диоде мощность для асинхронного решения вычисляется по формуле:
Мощность P FET , рассеиваемая на MOSFET в синхронной схеме равна:
Тем не менее, существуют мнения, что асинхронные понижающие преобразователи имеют более высокий КПД при малых нагрузках и больших коэффициентах заполнения , и что не существует единственного преобразователя, который имел бы оптимальный КПД во всем диапазоне нагрузок. Разработчики систем питания опять вынуждены выбирать меньшее из двух зол?
Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим, чем, в первую очередь, обусловлена высокая эффективность асинхронного преобразователя при легких нагрузках. Ток катушки индуктивности в асинхронном преобразователе течет только в одну сторону и никогда не бывает отрицательным; в синхронных преобразователях ток протекает в обе стороны, и в этом заключается его недостаток (Рисунок 2).
Чтобы исключить это двунаправленное протекание тока в синхронных преобразователях, вводят различные режимы для получения «псевдо-асинхронной» работы при легкой нагрузке. Современные DC/DC преобразователи поддерживают три режима (Рисунок 3):
- PWM @ CCM: широтно-импульсная модуляция (pulse width modulation - PWM) в режиме непрерывной проводимости (continuous conduction mode - CCM). Здесь преобразователь работает на постоянной частоте, а ток дросселя I L может становиться отрицательным. Этот режим позволяет преобразователю, сохраняя минимальный уровень пульсаций выходного напряжения, быстро отзываться на любые изменения нагрузки, даже при ее уменьшении до нуля. Однако режим PWM @ CCM дает наименьший КПД при малых нагрузках.
- PWM @ DCM: широтно-импульсная модуляция в режиме прерывистой проводимости (discontinuous conduction mode - DCM). Этот подход также основан на постоянной частоте переключения, но КПД при малых нагрузках улучшается благодаря исключению протекания тока I L в отрицательном направлении. Отсутствие отрицательных токов при малых нагрузках придает такому решению сходство с асинхронным.
- PFM с состоянием сна: частотно-импульсная модуляция (pulse frequency modulation - PFM) со спящим режимом. Этот подход повышает КПД за счет исключения протекания тока I L в отрицательном направлении, а также отключения обоих МОП транзисторов для пропуска импульсов при малых нагрузках. Во время пропуска импульсов преобразователь переходит в спящий режим, когда все неиспользуемые внутренние схемы отключаются для снижения потребляемого тока. Режим позволяет получить наилучший возможный КПД благодаря наибольшей эффективности при малых нагрузках. Платой за это является небольшое увеличение пульсаций выходного напряжения.
В диапазоне токов нагрузки от среднего до максимального все режимы работают одинаково. Различия начинают проявляться тогда, когда ток нагрузки становится меньше половины размаха тока дросселя.
Вы предполагаете, что основную часть времени ваша система будет находиться в режиме ожидания (то есть, работать с малой нагрузкой), а срок службы батареи имеет критическое значение? Тогда выбирайте режим частотно-импульсной модуляции, так как при малой нагрузке он дает возможность получить наивысший КПД. Здесь, правда, есть одна тонкость: необходимо убедиться, что увеличение выходных пульсаций и замедление переходных процессов при PFM не повлияют на работу системы в ждущем режиме.
Первостепенное значение для вашего приложения имеет переходная характеристика при легкой нагрузке? Тогда лучшим выбором будет PWM @ CCM, поскольку он обеспечивает наилучшие характеристики переходного режима, даже при нулевой нагрузке.
Разумным компромиссом между этими двумя режимами является режим PWM @ DCM.
Заключительные мысли
Технологии двигаются вперед. Замена внешнего диода Шоттки встроенным эффективным MOSFET, в сочетании с многорежимной работой, обеспечивают в современных синхронных решениях превосходный КПД при минимальных размерах устройств. Настало время принять новую синхронную технологию для повышения эффективности использования мощности в ваших следующих проектах. Это проще, круче и лучше.
DC-DC
и их небольшой апгрейд до SEPIC
или пару слов от том, что такое SEPIC
Многоканальный
преобразователь на базе
модуль с заявленным током в 10 Ампер
Микросхемы продаются лотом из 10 штук, на момент покупки стоили 1.67, сейчас 1.71, но скорее всего была скидка через мобильное приложение.
Кстати, только сегодня заметил, что теперь на странице заказов Али не отображается время, оставшееся до окончания защиты заказа.
Прислали микросхемы в небольшом желтом конвертике, внутри простой пакетик с защелкой, количество сходится с заказанным.
Краткое описание на английском.
Если коротко то:
Входное напряжение - 4.5-23 Вольта
Выходное напряжение - 0.925-20 Вольт
Выходной ток - до 3.5 Ампера
Частота преобразования - фиксированная 340 кГц.
Ну и разные полезные вещи в виде термозащиты, перегрузки по току и т.п.
Но при включении меня ждала неудача.
Преобразователь заработал, но при токе нагрузки 0.7 Ампера входил в режим защиты и снижал выходное напряжение почти до нуля.
Кроме того выходное напряжение было немного ниже расчетного. Ну а после нескольких экспериментов микросхема вообще выдавала сначала 6 Вольт на выходе, а потом отказалась работать совсем:(
Снял микросхему феном, запаял новую (уже при помощи фена), ничего не работает, напряжения на выходе нет, ток потребления 90мА.
В итоге снял и вторую микросхему, запаял третью. С ней выходное напряжение стало как задумывалось и микросхема работала дальше корректно.
Первое фото - первая микросхема, второе - третья.
Первый тест, измерение потребляемого тока без нагрузки на выходе.
Я бы не сказал что мало, ожидал что микросхема будет потреблять меньше.
23мА при 10 Вольт и 28мА при 20 Вольт
Процесс тестирования:
1. Выходной ток 1 Ампер, входное напряжение 10-15-20 вольт
2. Выходной ток 2 Ампера, входное напряжение 10-15-20 вольт
3. Выходной ток 3 Ампера, входное напряжение 10-15-20 вольт
Все осциллограммы приводить не буду, покажу лишь режим холостого хода и максимальной нагрузки при 20 Вольт входном.
Пульсации практически отсутствуют, я даже проверил, стоит ли режим 1:1 у делителя щупа.
Проверка минимального входного напряжения при разных токах нагрузки, 1-2-3 Ампера.
Выходное напряжение при этом около 4.75 Вольта.
Не обошел я вниманием и защиту от короткого замыкания на выходе.
Защита работает отлично, но она не переходит в циклический режим, а находится в режиме, подобному режиму стабилизации тока.
А вот с выходным током небольшая беда.
При токе нагрузки в 3 Ампера микросхема через некоторое время отключается по превышению температуры корпуса. Если немного дуть на микросхему, то все работает отлично.
Причина скорее всего в том, что под микросхемой должны быть переходы на вторую сторону платы, а сама плата должна была быть двухсторонней. Я же использовал тонкую одностороннюю плату и она просто не справлялась с отведением тепла.
Но сама микросхема может работать при токах нагрузки до 4.5 Ампера, дальше срабатывает ограничение выходного тока.
Естественно что ток 4-4.5 Ампера микросхема может выдать кратковременно, но тем ни менее, это хорошо.
На фото входной ток при выходном 3.5-4-4.5 Ампера.
Ну и конечно же я проверю КПД.
Производитель приводит такой график для выходного напряжения 5 Вольт. Правда я проверял при напряжениях 10-15-20 Вольт, а не 12 и 23 как в даташите, но не думаю что это критично.
Ну что можно сказать, заявленного КПД я так и не получил, хотя конечно при таких выходных токах эффективность относительно неплохая.
В качестве температуры микросхемы для токов 3 Ампера приведена температура срабатывания термозащиты.
Кроме того явно видно что при входном 10 Вольт КПД явно выше, чем при 20.
Кстати, уже после экспериментов я решил поиздеваться над микросхемой еще. Дла этого я ее основательно прогрел феном и сильно прижал пинцетом к плате. После этого срабатывание термозащиты стало заметно реже, но все равно 3 Ампера она не вытягивала, при 2.5 работала корректно.
Ну и что же можно сказать в итоге.
Плюсы
Цена
Корректно работающая защита от КЗ, перегрузки и перегрева.
Хорошая перегрузочная способность
Наличие плавного старта.
Очень низкие пульсации выходного напряжения.
Минусы
КПД ниже заявленного
Непонятная ситуация с надежностью при установке микросхем на плату.
Мое мнение. Микросхема немного не оправдала моих надежд, как то ожидал большего. Хотя конечно я не соблюдал все требования производителя и припаял микросхему без вывода тепла на вторую сторону платы. Но все равно меня больше расстроил КПД, хотя в диапазоне 10-15 Вольт он выше чем у прошлых экземпляров, приведу небольшое сравнение при токе 2 Ампера
Слева обозреваемая, справа
10 Вольт - 89,7/86
15 Вольт - 87,4/86.1
20 Вольт - 84.9/86.1
В общем что можно сказать, при токах до 2,5 Ампера использовать можно, а при токах до 2 Ампер можно даже не припаивать теплоотвод. Но очень смущает глюк с первым экземпляром, до сих пор не могу понять, что это было, даже расстроился, как то привык уже что собрал и оно работает:)
Кстати, в этом плане микросхемы с фланцем гораздо удобнее, прогрел фланец, микросхема припаялась, а с обозреваемой такая операция очень неудобна.
Надеюсь что информация будет полезна, рассказал вроде все что мог, а вопросы и пожелания как всегда жду в комментариях.
Планирую купить +30 Добавить в избранное Обзор понравился +70 +119
Загрузка...