दक्षता की खोज में: ९ कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

"DPAK" आकार पर बक कनवर्टर।

आमतौर पर, शुरुआती डिजाइनर इलेक्ट्रॉनिक या शौकिया हमें सर्किट बोर्ड मुद्रित या ब्रेडबोर्ड में वोल्टेज नियामक की आवश्यकता होती है। दुर्भाग्य से सादगी से, हम एक रैखिक वोल्टेज नियामक का उपयोग करते हैं, लेकिन पूरी तरह से खराब नहीं होते हैं क्योंकि कभी भी अनुप्रयोगों के आधार पर महत्वपूर्ण होता है।

उदाहरण के लिए सटीक एनालॉग डिवाइस (जैसे माप उपकरण) में रैखिक वोल्टेज नियामक (शोर की समस्याओं को कम करने के लिए) का बेहतर उपयोग होता है। लेकिन बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों में जैसे लैंप एलईडी, या रैखिक नियामक चरण (दक्षता में सुधार के लिए) के लिए एक पूर्व-नियामक मुख्य आपूर्ति के रूप में डीसी/डीसी बक कनवर्टर वोल्टेज नियामक का उपयोग करना बेहतर है क्योंकि ये उपकरण बेहतर दक्षता वाले हैं जो एक रैखिक नियामक हैं उच्च वर्तमान आउटपुट में या हार्ड लोड।

एक अन्य विकल्प जो इतना सुरुचिपूर्ण नहीं है, लेकिन तेज़ है, वह है पूर्वनिर्मित मॉड्यूल में डीसी / डीसी कन्वर्टर्स का उपयोग करना और उन्हें हमारे मुद्रित सर्किट के ऊपर जोड़ना लेकिन यह सर्किट बोर्ड को बहुत बड़ा बनाता है।

समाधान जो मैं शौकिया या इलेक्ट्रॉनिक्स शुरुआत करने वाले को प्रस्तावित करता हूं वह एक मॉड्यूल डीसी/डीसी बक कनवर्टर का उपयोग करता है जो एक मॉड्यूल है जो सतह माउंट है लेकिन अंतरिक्ष की बचत करता है।

आपूर्ति

• 1 बक स्विचिंग कनवर्टर 3A --- RT6214।
• 1 प्रारंभ करनेवाला 4.7uH/2.9A --- ECS-MPI4040R4-4R7-R
• 4 संधारित्र 0805 22uF/25V --- GRM21BR61E226ME44L
• 2 संधारित्र 0402 100nF/50V --- GRM155R71H104ME14D
• 1 संधारित्र 0402 68pF/50V --- GRM1555C1H680JA01D
• 1 रोकनेवाला 0402 7.32k --- CRCW04027K32FKED
• 3 रोकनेवाला 0402 10k --- RC0402JR-0710KL

चरण 1: सर्वश्रेष्ठ राइडर का चयन करना।

DC/DC बक कन्वर्टर का चयन करना।

डीसी/डीसी बक कनवर्टर को डिजाइन करने का पहला कदम हमारे आवेदन के लिए सबसे अच्छा समाधान खोजना है। एक स्विचिंग नियंत्रक का उपयोग करने के बजाय एक स्विचिंग नियामक का उपयोग करना अधिक तेज़ समाधान है।

इन दोनों विकल्पों के बीच का अंतर नीचे दिखाया गया है।

स्विचिंग नियामक।

1. कई बार ये अखंड होते हैं।
2. दक्षता बेहतर है।
3. वे बहुत अधिक आउटपुट धाराओं का समर्थन नहीं करते हैं।
4. उन्हें स्थिर करना आसान होता है (केवल एक सर्किट आरसी की आवश्यकता होती है)।
5. सर्किट डिजाइन बनाने के लिए उपयोगकर्ता को डीसी/डीसी कनवर्टर के बारे में बहुत अधिक ज्ञान की आवश्यकता नहीं है।
6. केवल एक विशिष्ट टोपोलॉजी में काम करने के लिए पूर्व-कॉन्फ़िगर किए गए हैं।
7. अंतिम कीमत कम है।

एक स्विचिंग रेगुलेटर [इस चरण पर पहली छवि] द्वारा कम किए गए उदाहरण के नीचे दिखाएं।

स्विचिंग नियंत्रक।

1. MOSFETs और डायोड जैसे बहुत सारे बाहरी घटकों की आवश्यकता होती है।
2. वे अधिक जटिल हैं और उपयोगकर्ता को सर्किट डिजाइन बनाने के लिए डीसी/डीसी कनवर्टर के बारे में अधिक जानकारी की आवश्यकता है।
3. वे अधिक टोपोलॉजी का उपयोग कर सकते हैं।
4. बहुत उच्च आउटपुट करंट का समर्थन करें।
5. अंतिम कीमत अधिक है।

एक स्विचिंग नियंत्रक के एक विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट के नीचे दिखाएं [इस चरण पर दूसरी छवि]

• निम्नलिखित बिंदुओं को ध्यान में रखते हुए।

  1. लागत।
  2. अंतरिक्ष [बिजली उत्पादन इस पर निर्भर है]।
  3. बिजली उत्पादन।
  4. क्षमता।
  5. जटिलता।

इस मामले में, मैं एक रिचटेक आरटी 6214 का उपयोग करता हूं [ए निरंतर मोड के लिए हार्ड लोड के लिए बेहतर है, और विकल्प बी कि यह असंतुलित मोड में काम करता है जो हल्के लोड के लिए बेहतर है और कम आउटपुट धाराओं पर दक्षता में सुधार करता है] जो एक डीसी है /DC बक कन्वर्टर मोनोलिथिक [और इस प्रकार हमें पावर MOSFETs और डायोड Schottky जैसे किसी बाहरी घटक की आवश्यकता नहीं है क्योंकि कनवर्टर ने MOSFET स्विच और अन्य MOSFET को एकीकृत किया है जो डायोड जैसे काम करता है]।

अधिक विस्तृत जानकारी निम्नलिखित लिंक पर पाई जा सकती है: Buck_converter_guide, बक कन्वर्टर टोपोलॉजी की तुलना, बक कन्वर्टर चयन मानदंड

चरण 2: डीसी/डीसी कनवर्टर में प्रारंभ करनेवाला आपका सबसे अच्छा सहयोगी है।

प्रारंभ करनेवाला को समझना [डेटाशीट का विश्लेषण]।

मेरे सर्किट पर जगह को ध्यान में रखते हुए, मैं एक ECS-MPI4040R4-4R7-R का उपयोग करता हूं जिसमें 4.7uH, 2.9A का नाममात्र प्रवाह और 3.9A का संतृप्ति प्रवाह और 67m ओम का डीसी प्रतिरोध होता है।

नाममात्र बिजली।

नाममात्र वर्तमान वर्तमान मूल्य है जहां प्रारंभ करनेवाला गुण जैसे कि अधिष्ठापन नहीं खोता है और परिवेश के तापमान में महत्वपूर्ण वृद्धि नहीं करता है।

संतृप्ति वर्तमान।

प्रारंभ करनेवाला में संतृप्ति धारा वह वर्तमान मान है जहाँ प्रारंभ करनेवाला अपने गुणों को खो देता है और चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए काम नहीं करता है।

आकार बनाम प्रतिरोध।

इसका सामान्य व्यवहार है कि अंतरिक्ष और प्रतिरोध एक दूसरे पर निर्भर हैं क्योंकि अगर जरूरत है तो अंतरिक्ष को बचाने के लिए हमें चुंबक तार में AWG मान को कम करने के लिए स्थान बचाने की आवश्यकता है और यदि मैं प्रतिरोध खोना चाहता हूं तो मुझे चुंबक तार में AWG मान बढ़ाना चाहिए।

स्व-अनुनाद आवृत्ति

स्व-अनुनाद आवृत्ति तब प्राप्त होती है जब स्विचिंग आवृत्ति ने अधिष्ठापन को रद्द कर दिया और केवल अब परजीवी समाई मौजूद है। कई निर्माताओं ने स्व-अनुनाद आवृत्ति के कम से कम एक दशक के लिए स्विचिंग आवृत्ति को एक प्रारंभ करनेवाला बनाए रखने की सिफारिश की। उदाहरण के लिए

स्व-अनुनाद आवृत्ति = 10 मेगाहर्ट्ज।

एफ-स्विचिंग = 1 मेगाहर्ट्ज।

दशक = लॉग [आधार १०] (स्व - अनुनाद आवृत्ति / f - स्विचिंग)

दशक = लॉग [आधार 10] (10 मेगाहर्ट्ज / 1 मेगाहर्ट्ज)

दशक = 1

यदि आप इंडक्टर्स के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो कृपया निम्नलिखित लिंक देखें: Self_resonance_inductor, Saturation_current_vs नॉमिनल_करंट

चरण 3: प्रारंभ करनेवाला हृदय है।

आदर्श प्रेरक का चयन

प्रारंभ करनेवाला डीसी / डीसी कन्वर्टर्स का दिल है, इसलिए अच्छा वोल्टेज नियामक प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित बिंदुओं को ध्यान में रखना बेहद जरूरी है।

रेगुलेटर वोल्टेज, नॉमिनल करंट, सैचुरेशन करंट और रिपल करंट का आउटपुट करंट।

इस मामले में, निर्माता तरंग वर्तमान, वोल्टेज आउटपुट, वोल्टेज इनपुट, स्विचिंग आवृत्ति के अनुसार आदर्श प्रारंभ करनेवाला की गणना करने के लिए समीकरण प्रदान करता है। समीकरण नीचे दिखाया गया है।

एल = वाउट (विन-वाउट) / विन एक्स एफ-स्विचिंग एक्स रिपल करंट।

रिपल करंट = वाउट (विन-वाउट) / विन एक्स एफ-स्विचिंग एक्स एल।

आईएल (पीक) = आईआउट (अधिकतम) + तरंग वर्तमान / २।

मेरे प्रारंभ करनेवाला पर तरंग धारा के समीकरण को लागू करना [मान पिछले चरण में हैं] परिणाम नीचे दिखाए गए हैं।

विन = 9वी।

वाउट = 5 वी।

एफ-स्विचिंग = 500kHz।

एल = 4.7uH।

आईओयूटी = 1.5 ए।

आदर्श तरंग धारा = 1.5A * 50%

आदर्श तरंग धारा = 0.750A

तरंग धारा = 5V (9V - 5V) / 9V x 500kHz x 4.7uH

तरंग धारा = ०.९५ए*

आईएल (पीक) = 1.5 ए + 0.95 ए / 2

आईएल (शिखर) = १.९७५ए**

* अनुशंसा की जाती है कि आउटपुट करंट के २०% - ५०% के पास रिपल करंट का उपयोग करें। लेकिन यह एक सामान्य नियम नहीं है क्योंकि यह स्विचिंग रेगुलेटर के रिस्पांस टाइम पर निर्भर करता है। जब हमें तेज समय प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है तो हमें कम अधिष्ठापन का उपयोग करना चाहिए क्योंकि प्रारंभ करनेवाला पर चार्ज समय कम होता है और जब हमें धीमी समय प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है तो हमें उच्च अधिष्ठापन का उपयोग करना चाहिए क्योंकि चार्ज समय लंबा है और इसके साथ, हम ईएमआई को कम करते हैं।

**अनुशंसित निर्माता अधिकतम घाटी धारा से अधिक नहीं है जो एक सुरक्षित सीमा बनाए रखने के लिए डिवाइस का समर्थन करता है। इस मामले में, अधिकतम घाटी धारा 4.5A है।

इन मूल्यों को निम्नलिखित लिंक में देखा जा सकता है: डेटाशीट_आरटी6214, डेटाशीट_इंडक्टर

चरण 4: भविष्य अब है।

अपने हिरन कनवर्टर के लिए सबसे अच्छा प्रारंभ करनेवाला चुनने के लिए REDEXPERT का उपयोग करें।

REDEXPERT एक महान उपकरण है जब आपको यह जानने की आवश्यकता होती है कि आपके हिरन कनवर्टर, बूस्ट कन्वर्टर, सेपिक कनवर्टर आदि के लिए सबसे अच्छा प्रारंभ करनेवाला क्या है। यह उपकरण आपके प्रारंभ करनेवाला व्यवहार को अनुकरण करने के लिए कई टोपोलॉजी का समर्थन करता है, लेकिन यह उपकरण केवल वुर्थ इलेक्ट्रॉनिक से भाग संख्याओं का समर्थन करता है। इस उपकरण में, हम ग्राफ में तापमान वृद्धि बनाम करंट और इंडक्शन बनाम करंट के नुकसान को प्रारंभ में देख सकते हैं। इसे केवल सरल इनपुट मापदंडों की आवश्यकता है जैसे कि नीचे दिखाया गया है।

• इनपुट वोल्टेज
• आउटपुट वोल्टेज
• मौजूदा उत्पादन
• आवृत्ति बदलना
• वर्तमान लहर

लिंक अगला है: REDEXPERT सिम्युलेटर

चरण 5: हमारी आवश्यकता महत्वपूर्ण है

आउटपुट मानों की गणना।

आउटपुट वोल्टेज की गणना करना बहुत आसान है, हमें केवल निम्नलिखित समीकरण द्वारा परिभाषित वोल्टेज विभक्त को परिभाषित करने की आवश्यकता है। केवल हमें R1 की आवश्यकता है और वोल्टेज आउटपुट को परिभाषित करें।

Vref = 0.8 [RT6214A/BHGJ6F]।

Vref = 0.765 [RT6214A/BHRGJ6/8F]।

R1= R2 (वाउट - Vref) / Vref

RT6214AHGJ6F का उपयोग करते हुए एक उदाहरण के नीचे दिखाया गया है।

आर 2 = 10k।

वौट = ५.

व्रेफ = ०.८.

R1 = 10k (5 - 0.8) / 0.8।

R1 = 52.5k

चरण 6: एक महान इलेक्ट्रॉनिक्स डिजाइनर के लिए बढ़िया टूल।

निर्माता के उपकरणों का उपयोग करें।

मैंने रिचटेक द्वारा प्रदान किए गए सिमुलेशन टूल का उपयोग किया। इस वातावरण में, आप स्थिर-स्थिति विश्लेषण, क्षणिक विश्लेषण, स्टार्टअप विश्लेषण में DC/DC कनवर्टर के व्यवहार को देख सकते हैं।

और परिणामों को छवियों, दस्तावेजों और वीडियो सिमुलेशन में देखा जा सकता है।

चरण 7: दो एक से बेहतर हैं।

ईगल और फ्यूजन 360. में पीसीबी डिजाइन

पीसीबी डिजाइन फ्यूजन 360 के सहयोग से ईगल 9.5.6 पर बनाया गया है I सर्किट डिजाइन को वास्तविक दृश्य प्राप्त करने के लिए पीसीबी डिजाइन के साथ 3 डी डिजाइन को सिंक्रनाइज़ करता है।

ईगल सीएडी में पीसीबी बनाने के लिए महत्वपूर्ण बिंदुओं के नीचे दिखाया गया है।

• पुस्तकालय बनाना।
• योजनाबद्ध डिजाइन।
• पीसीबी डिजाइन या लेआउट डिजाइन
• रियल 2डी व्यू जेनरेट करें।
• लेआउट डिज़ाइन में डिवाइस में 3D मॉडल जोड़ें।
• ईगल पीसीबी को फ्यूजन 360 में सिंक्रोनाइज़ करें।

नोट: इस चरण की शुरुआत में आपको जो चित्र मिलते हैं, उन सभी महत्वपूर्ण बिंदुओं को चित्रित किया गया है।

आप इस सर्किट को GitLab रिपॉजिटरी पर डाउनलोड कर सकते हैं:

चरण 8: एक समस्या, एक समाधान

कभी सभी चरों पर विचार करने का प्रयास करें।

सबसे सरल कभी बेहतर नहीं होता… मैंने खुद से यह तब कहा था जब मेरा प्रोजेक्ट 80ºC तक गर्म हो रहा था। हां, यदि आपको अपेक्षाकृत उच्च आउटपुट करंट की आवश्यकता है, तो रैखिक नियामकों का उपयोग न करें क्योंकि वे बहुत अधिक शक्ति को नष्ट कर देते हैं।

मेरी समस्या … आउटपुट करंट। समाधान… DPAK पैकेज में रैखिक वोल्टेज नियामक को बदलने के लिए DC/DC कनवर्टर का उपयोग करता है।

क्योंकि इसे मैंने बक DPAK प्रोजेक्ट कहा था

चरण 9: निष्कर्ष।

डीसी / डीसी कन्वर्टर्स बहुत उच्च धाराओं पर वोल्टेज को विनियमित करने के लिए बहुत ही कुशल सिस्टम हैं, हालांकि कम धाराओं पर वे आम तौर पर कम कुशल होते हैं लेकिन एक रैखिक नियामक से कम कुशल नहीं होते हैं।

आजकल डीसी / डीसी कनवर्टर को डिजाइन करने में सक्षम होना बहुत आसान है, इस तथ्य के लिए धन्यवाद कि निर्माताओं ने जिस तरह से नियंत्रित और उपयोग किया है, उसे सुविधाजनक बनाया है।