DIY उच्च दक्षता 5V आउटपुट बक कन्वर्टर!: 7 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

मैं इलेक्ट्रॉनिक्स परियोजनाओं के लिए LiPo पैक (और अन्य स्रोतों) से 5V तक उच्च वोल्टेज को कम करने का एक कुशल तरीका चाहता था। अतीत में मैंने ईबे से जेनेरिक हिरन मॉड्यूल का उपयोग किया है, लेकिन संदिग्ध गुणवत्ता नियंत्रण और कोई नाम इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर ने मुझे आत्मविश्वास से नहीं भर दिया।

इसलिए, मैंने फैसला किया कि मैं न केवल खुद को चुनौती देने के लिए बल्कि कुछ उपयोगी बनाने के लिए अपना खुद का स्टेप डाउन कन्वर्टर बनाऊंगा!

जो मैंने समाप्त किया वह एक हिरन कनवर्टर है जिसमें एक बहुत व्यापक इनपुट वोल्टेज रेंज (50V इनपुट तक 6V) है और एक छोटे रूप कारक में 1A लोड करंट तक 5V आउटपुट करता है। मैंने जो पीक दक्षता मापी, वह ९४% थी, इसलिए न केवल यह सर्किट छोटा है, बल्कि यह ठंडा भी रहता है।

चरण 1: बक आईसी चुनना

जबकि आप निश्चित रूप से मुट्ठी भर ऑप-एम्प्स और अन्य सहायक घटकों के साथ एक हिरन कनवर्टर बना सकते हैं, आपको बेहतर प्रदर्शन मिलेगा और निश्चित रूप से बहुत सारे पीसीबी क्षेत्र को बचाएंगे यदि आप इसके बजाय एक समर्पित हिरन कनवर्टर आईसी चुनते हैं।

आप अपनी आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त IC खोजने के लिए DigiKey, Mouser और Farnell जैसी साइटों पर खोज और फ़िल्टरिंग फ़ंक्शन का उपयोग कर सकते हैं। ऊपर की तस्वीर में आप देख सकते हैं कि एक कठिन १६, ४५३ भागों को कुछ ही क्लिक में १२ विकल्पों तक सीमित कर दिया गया है!

मैं एक छोटे से 3 मिमी x 2 मिमी पैकेज में MAX17502F के साथ गया था, लेकिन थोड़ा बड़ा पैकेज शायद बेहतर होगा यदि आप घटकों को हाथ से सोल्डर करने की योजना बनाते हैं। इस आईसी में बहुत सारी विशेषताएं हैं, जिनमें से सबसे उल्लेखनीय है 60V* तक की बड़ी इनपुट रेंज और आंतरिक शक्ति FETs जिसका अर्थ है कि किसी बाहरी MOSFET या डायोड की आवश्यकता नहीं है।

*ध्यान दें कि परिचय में मैंने कहा था कि यह 50V इनपुट था फिर भी हिस्सा 60V को संभाल सकता है? यह इनपुट कैपेसिटर के कारण है और यदि आपको 60V इनपुट की आवश्यकता है तो सर्किट को सूट करने के लिए संशोधित किया जा सकता है।

चरण 2: अपने चुने हुए आईसी की डेटाशीट की जांच करें

अधिक बार नहीं, डेटाशीट में दिखाया गया "विशिष्ट एप्लिकेशन सर्किट" कहलाता है जो कि आप जो हासिल करने की कोशिश कर रहे हैं उसके समान ही होगा। यह मेरे मामले के लिए सही था और यद्यपि कोई केवल घटक मूल्यों की प्रतिलिपि बना सकता था और इसे कॉल कर सकता था, मैं डिजाइन प्रक्रिया (यदि प्रदान की गई) का पालन करने की अनुशंसा करता हूं।

यहाँ MAX17502F की डेटाशीट है:

पृष्ठ १२ से शुरू होकर लगभग एक दर्जन बहुत ही सरल समीकरण हैं जो आपको अधिक उपयुक्त घटक मान चुनने में मदद कर सकते हैं और यह कुछ थ्रेशोल्ड मानों के बारे में विवरण प्रदान करने में भी मदद करता है - जैसे कि न्यूनतम अधिष्ठापन मूल्य।

चरण 3: अपने सर्किट के लिए घटक चुनें

रुको मैंने सोचा कि हमने पहले ही यह हिस्सा कर लिया है? ठीक है, पिछला भाग आदर्श घटक मूल्यों को खोजने के लिए था, लेकिन वास्तविक दुनिया में हमें गैर-आदर्श घटकों और इसके साथ आने वाली चेतावनियों के लिए समझौता करना होगा।

एक उदाहरण के रूप में, इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर के लिए मल्टी-लेयर्ड सिरेमिक कैपेसिटर (MLCCs) का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर पर MLCC के कई लाभ हैं - विशेष रूप से DC/DC कन्वर्टर्स में - लेकिन वे DC बायस नामक किसी चीज़ के अधीन हैं।

जब एक MLCC पर DC वोल्टेज लगाया जाता है, तो कैपेसिटेंस रेटिंग 60% तक गिर सकती है! इसका मतलब है कि आपका 10µF कैपेसिटर अब एक निश्चित DC वोल्टेज पर सिर्फ 4µF है। मेरा विश्वास मत करो? टीडीके वेबसाइट पर एक नज़र डालें और इस 10μF कैपेसिटर के लिए विशिष्ट डेटा के लिए नीचे स्क्रॉल करें।

इस प्रकार की समस्या का एक आसान समाधान सरल है, बस समानांतर में अधिक MLCC का उपयोग करें। यह वोल्टेज तरंग को कम करने में भी मदद करता है क्योंकि ईएसआर कम हो जाता है और वाणिज्यिक उत्पादों में देखने के लिए बहुत आम है जिन्हें कड़े वोल्टेज विनियमन विनिर्देशों को पूरा करने की आवश्यकता होती है।

उपरोक्त छवियों में MAX17502F मूल्यांकन किट से सामग्री का एक योजनाबद्ध और संबंधित बिल (बीओएम) है, इसलिए यदि आपको एक अच्छा घटक विकल्प नहीं मिल रहा है तो आजमाए हुए और परीक्षण किए गए उदाहरण के साथ जाएं:)

चरण 4: योजनाबद्ध और पीसीबी लेआउट को पॉप्युलेट करना

आपके द्वारा चुने गए वास्तविक घटकों के साथ यह एक योजनाबद्ध बनाने का समय है जो इन घटकों को कैप्चर करता है, इसके लिए मैंने EasyEDA को चुना क्योंकि मैंने इसे सकारात्मक परिणामों के साथ पहले उपयोग किया है। बस अपने घटकों को इसमें जोड़ें, यह सुनिश्चित करते हुए कि उनके पास सही आकार का पदचिह्न है और पहले के विशिष्ट एप्लिकेशन सर्किट की तरह ही घटकों को एक साथ कनेक्ट करें।

एक बार यह पूरा हो जाने के बाद, "कन्वर्ट टू पीसीबी" बटन पर क्लिक करें और आपको टूल के पीसीबी लेआउट सेक्शन में लाया जाएगा। यदि आप किसी चीज़ के बारे में सुनिश्चित नहीं हैं तो चिंता न करें क्योंकि EasyEDA के बारे में ऑनलाइन कई ट्यूटोरियल हैं।

पीसीबी लेआउट बहुत महत्वपूर्ण है और यह सर्किट के काम करने या न करने के बीच अंतर कर सकता है। मैं जहां उपलब्ध हो, आईसी के डेटाशीट में सभी लेआउट सलाह का पालन करने की दृढ़ता से सलाह दूंगा। अगर कोई दिलचस्पी रखता है तो पीसीबी लेआउट के विषय पर एनालॉग डिवाइसेस के पास एक बेहतरीन एप्लिकेशन नोट है:

चरण 5: अपने पीसीबी ऑर्डर करें

मुझे यकीन है कि इस समय आप में से अधिकांश ने JLCPCB और PCBway के लिए youtube वीडियो में प्रचार संदेश देखे होंगे, इसलिए यह आश्चर्य की बात नहीं होनी चाहिए कि मैंने इनमें से एक प्रचार ऑफ़र का भी उपयोग किया है। मैंने JLCPCB से अपने PCB मंगवाए और वे 2 सप्ताह बाद ही आए, इसलिए केवल एक मौद्रिक दृष्टिकोण से वे काफी अच्छे हैं।

पीसीबी की गुणवत्ता के लिए मुझे बिल्कुल कोई शिकायत नहीं है, लेकिन आप इसके न्यायाधीश हो सकते हैं:)

चरण 6: विधानसभा और परीक्षण

मैंने सभी घटकों को रिक्त पीसीबी पर मिलाप किया, जो कि घटकों के बीच मेरे द्वारा छोड़े गए अतिरिक्त कमरे के साथ भी काफी काल्पनिक था, लेकिन जेएलसीपीसीबी और अन्य पीसीबी विक्रेताओं द्वारा असेंबली सेवाएं हैं जो इस कदम की आवश्यकता को समाप्त कर देंगी।

इनपुट टर्मिनलों से बिजली जोड़ने और आउटपुट को मापने के लिए, मुझे 5.02V द्वारा बधाई दी गई थी जैसा कि DMM द्वारा देखा गया था। एक बार जब मैंने पूरे वोल्टेज रेंज में 5V आउटपुट को सत्यापित कर लिया, तो मैंने आउटपुट में एक इलेक्ट्रॉनिक लोड कनेक्ट किया जिसे 1A करंट ड्रॉ में समायोजित किया गया।

बक ने इस 1A लोड करंट के साथ सीधे शुरुआत की और जब मैंने आउटपुट वोल्टेज (बोर्ड पर) को मापा तो यह 5.01V पर था, इसलिए लोड विनियमन बहुत अच्छा था। मैंने इनपुट वोल्टेज को 12V पर सेट किया क्योंकि यह इस बोर्ड के लिए मेरे दिमाग में उपयोग के मामलों में से एक था और मैंने इनपुट करंट को 0.476A के रूप में मापा। यह लगभग 87.7% की दक्षता देता है लेकिन आदर्श रूप से आप दक्षता माप के लिए चार डीएमएम परीक्षण दृष्टिकोण चाहते हैं।

1A लोड करंट पर मैंने देखा कि दक्षता अपेक्षा से थोड़ी कम थी, मेरा मानना है कि यह (I ^ 2 * R) प्रारंभ करनेवाला और IC में ही नुकसान के कारण है। इसकी पुष्टि करने के लिए, मैंने लोड करंट को आधा पर सेट किया और 94% की दक्षता प्राप्त करने के लिए उपरोक्त माप को दोहराया। इसका मतलब है कि आउटपुट करंट को आधा करके बिजली की हानि ~615mW से घटाकर ~300mW कर दी गई। कुछ नुकसान अपरिहार्य होंगे, जैसे कि आईसी के अंदर के नुकसान को स्विच करना और साथ ही साथ मौन धारा, इसलिए मैं अभी भी इस परिणाम से बहुत खुश हूं।

चरण 7: अपने कस्टम पीसीबी को कुछ परियोजनाओं में शामिल करें

अब आपके पास एक स्थिर 5V 1A आपूर्ति है जिसे 2S से 11S लिथियम बैटरी पैक, या 6V और 50V के बीच किसी अन्य स्रोत से संचालित किया जा सकता है, इस बारे में चिंता करने की कोई आवश्यकता नहीं है कि अपने स्वयं के इलेक्ट्रॉनिक्स प्रोजेक्ट को कैसे पावर किया जाए। यह माइक्रोकंट्रोलर आधारित हो या विशुद्ध रूप से एनालॉग सर्किटरी, यह छोटा हिरन कनवर्टर यह सब कर सकता है!

मुझे आशा है कि आपने इस यात्रा का आनंद लिया है और यदि आपने इसे यहां तक पहुंचाया है, तो पढ़ने के लिए आपका बहुत-बहुत धन्यवाद!