९७% कुशल डीसी से डीसी बक कनवर्टर [३ए, एडजस्टेबल]: १२ कदम

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

एक छोटा डीसी से डीसी हिरन कनवर्टर बोर्ड कई अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है, खासकर अगर यह 3 ए तक धाराएं वितरित कर सकता है (बिना हीटसिंक के लगातार 2 ए)। इस लेख में, हम एक छोटा, कुशल और सस्ता हिरन कनवर्टर सर्किट बनाना सीखेंगे।

[१]: सर्किट विश्लेषण

चित्र 1 डिवाइस का योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। मुख्य घटक MP2315 स्टेप-डाउन हिरन कनवर्टर है।

चरण 1: संदर्भ

लेख स्रोत:

[२]:

[३]:

चरण 2: चित्र 1, डीसी से डीसी बक कनवर्टर का योजनाबद्ध आरेख

MP2315 [1] डेटाशीट के अनुसार: “MP2315 एक उच्च आवृत्ति वाला सिंक्रोनस रेक्टिफाइड स्टेप-डाउन स्विच-मोड कन्वर्टर है जिसमें बिल्ट-इन इंटरनल पावर MOSFETs है। यह उत्कृष्ट लोड और लाइन विनियमन के साथ विस्तृत इनपुट आपूर्ति रेंज पर 3ए निरंतर आउटपुट करंट प्राप्त करने के लिए एक बहुत ही कॉम्पैक्ट समाधान प्रदान करता है। MP2315 में आउटपुट करंट लोड रेंज पर उच्च दक्षता के लिए सिंक्रोनस मोड ऑपरेशन है। वर्तमान मोड ऑपरेशन एक तेज़ क्षणिक प्रतिक्रिया प्रदान करता है और लूप स्थिरीकरण को आसान बनाता है। पूर्ण सुरक्षा सुविधाओं में ओसीपी और थर्मल शट डाउन शामिल हैं।" कम आरडीएस (चालू) इस चिप को उच्च धाराओं को संभालने की अनुमति देता है।

C1 और C2 का उपयोग इनपुट वोल्टेज शोर को कम करने के लिए किया जाता है। R2, R4 और R5 चिप के लिए फीडबैक पथ बनाते हैं। आउटपुट वोल्टेज को समायोजित करने के लिए R2 एक 200K मल्टीटर्न पोटेंशियोमीटर है। L1 और C4 आवश्यक हिरन कनवर्टर तत्व हैं। L2, C5, और C7 एक अतिरिक्त आउटपुट LC फ़िल्टर बनाते हैं जिसे मैंने शोर और तरंग को कम करने के लिए जोड़ा है। इस फिल्टर की कट-ऑफ फ्रीक्वेंसी लगभग 1KHz है। R6 वर्तमान प्रवाह को EN पिन तक सीमित करता है। R1 मान डेटाशीट के अनुसार निर्धारित किया गया है। R3 और C3 बूटस्ट्रैप सर्किट से संबंधित हैं और डेटाशीट के अनुसार निर्धारित किए जाते हैं।

चित्र 2 दक्षता बनाम आउटपुट करंट प्लॉट दिखाता है। लगभग सभी इनपुट वोल्टेज के लिए उच्चतम दक्षता लगभग 1 ए पर हासिल की गई है।

चरण 3: चित्र 2, दक्षता बनाम आउटपुट करंट

[२]: पीसीबी लेआउट चित्र ३ डिज़ाइन किए गए पीसीबी लेआउट को दर्शाता है। यह एक छोटा (2.1cm*2.6cm) दो परतों वाला बोर्ड है।

मैंने IC1 [2] के लिए SamacSys घटक पुस्तकालयों (योजनाबद्ध प्रतीक और पीसीबी पदचिह्न) का उपयोग किया क्योंकि ये पुस्तकालय स्वतंत्र हैं और अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि वे औद्योगिक आईपीसी मानकों का पालन करते हैं। मैं Altium Designer CAD सॉफ्टवेयर का उपयोग करता हूं, इसलिए मैंने सीधे घटक पुस्तकालयों को स्थापित करने के लिए SamacSys Altium प्लगइन का उपयोग किया [3]। चित्र 4 चयनित घटकों को दिखाता है। आप निष्क्रिय घटक पुस्तकालयों को भी खोज और स्थापित/उपयोग कर सकते हैं।

चरण 4: चित्रा 3, डीसी से डीसी बक कनवर्टर का पीसीबी लेआउट

चरण 5: चित्र 4, चयनित घटक (IC1) SamacSys Altium प्लगइन से

यह पीसीबी बोर्ड का अंतिम संशोधन है। चित्र 5 और आकृति 6, ऊपर और नीचे से, PCB बोर्ड के 3D दृश्य दिखाते हैं।

चरण 6: चित्र 5 और 6, पीसीबी बोर्ड के 3डी दृश्य (टॉप और बटम)

[३]: निर्माण और परीक्षण चित्र ७ बोर्ड का पहला प्रोटोटाइप (पहला संस्करण) दिखाता है। पीसीबी बोर्ड को PCBWay द्वारा तैयार किया गया है, जो एक उच्च गुणवत्ता वाला बोर्ड है। मुझे सोल्डरिंग में कोई दिक्कत नहीं हुई।

जैसा कि चित्र 8 में स्पष्ट है, मैंने कम शोर प्राप्त करने के लिए सर्किट के कुछ हिस्सों को संशोधित किया है, इसलिए प्रदान की गई योजनाबद्ध और पीसीबी नवीनतम संस्करण हैं।

चरण 7: चित्र 7, बक कन्वर्टर का पहला प्रोटोटाइप (एक पुराना संस्करण)

घटकों को मिलाप करने के बाद, हम सर्किट का परीक्षण करने के लिए तैयार हैं। डेटाशीट कहती है कि हम इनपुट में 4.5V से 24V तक वोल्टेज लगा सकते हैं। पहले प्रोटोटाइप (मेरे परीक्षण किए गए बोर्ड) और अंतिम पीसीबी/योजनाबद्ध के बीच मुख्य अंतर पीसीबी डिजाइन और घटक प्लेसमेंट/मूल्यों में कुछ संशोधन हैं। पहले प्रोटोटाइप के लिए, आउटपुट कैपेसिटर केवल 22uF-35V है। इसलिए मैंने इसे दो 47uF SMD कैपेसिटर (C5 और C7, 1210 पैकेज) के साथ बदल दिया। मैंने इनपुट के लिए समान संशोधनों को लागू किया और इनपुट कैपेसिटर को दो 35V रेटेड कैपेसिटर से बदल दिया। साथ ही, मैंने आउटपुट हेडर का स्थान बदल दिया।

चूंकि अधिकतम आउटपुट वोल्टेज 21V है और कैपेसिटर को 25V (सिरेमिक) पर रेट किया गया है, तो वोल्टेज दर की समस्या नहीं होनी चाहिए, हालांकि, यदि आपको कैपेसिटर के रेटेड वोल्टेज के बारे में चिंता है, तो बस उनके कैपेसिटेंस मान को 22uF तक कम करें और बढ़ाएं रेटेड वोल्टेज 35V। आप अपने लक्ष्य सर्किट/लोड पर अतिरिक्त आउटपुट कैपेसिटर जोड़कर हमेशा इसकी भरपाई कर सकते हैं। यहां तक कि आप एक 470uF या 1000uF संधारित्र "बाहरी रूप से" जोड़ सकते हैं क्योंकि उनमें से किसी को भी फिट करने के लिए बोर्ड पर पर्याप्त जगह नहीं है। दरअसल, अधिक कैपेसिटर जोड़कर, हम अंतिम फिल्टर की कट-ऑफ आवृत्ति को कम करते हैं, इसलिए यह अधिक शोर को दबा देगा।

बेहतर होगा कि आप कैपेसिटर का समानांतर रूप से उपयोग करें। उदाहरण के लिए, एक 1000uF के बजाय समानांतर में दो 470uF का उपयोग करें। यह कुल ESR मान (समानांतर प्रतिरोधक नियम) को कम करने में मदद करता है।

अब कम शोर वाले फ्रंट एंड ऑसिलोस्कोप जैसे सिग्लेंट SDS1104X-E का उपयोग करके आउटपुट तरंग और शोर की जांच करें। यह वोल्टेज को 500uV/div तक माप सकता है, जो एक बहुत अच्छी विशेषता है।

मैंने कनवर्टर बोर्ड को बाहरी 470uF-35V संधारित्र के साथ, तरंग और शोर का परीक्षण करने के लिए DIY प्रोटोटाइप बोर्ड के एक छोटे टुकड़े पर मिलाया (चित्र 8)

चरण 8: चित्र 8, DIY प्रोटोटाइप बोर्ड के एक छोटे से टुकड़े पर कनवर्टर बोर्ड (470uF आउटपुट कैपेसिटर सहित)

जब इनपुट वोल्टेज अधिक होता है (24V) और आउटपुट वोल्टेज कम होता है (उदाहरण के लिए 5V), तो अधिकतम तरंग और शोर उत्पन्न होना चाहिए क्योंकि इनपुट और आउटपुट वोल्टेज अंतर अधिक है। तो आइए ऑसिलोस्कोप जांच को ग्राउंड-स्प्रिंग से लैस करें और आउटपुट शोर (चित्र 9) की जांच करें। ग्राउंड-स्प्रिंग का उपयोग करना आवश्यक है, क्योंकि ऑसिलोस्कोप जांच के ग्राउंड वायर बहुत सारे सामान्य-मोड शोर को अवशोषित कर सकते हैं, खासकर ऐसे मापों में।

चरण 9: चित्र 9, जांच के ग्राउंड वायर को ग्राउंड-स्प्रिंग से बदलना

चित्रा 10 आउटपुट शोर दिखाता है जब इनपुट 24V होता है और आउटपुट 5V होता है। यह उल्लेख किया जाना चाहिए कि कनवर्टर का आउटपुट मुफ़्त है और इसे किसी लोड से नहीं जोड़ा गया है।

चरण 10: चित्रा 10, डीसी से डीसी कनवर्टर का आउटपुट शोर (इनपुट = 24 वी, आउटपुट = 5 वी)

अब सबसे कम इनपुट/आउटपुट वोल्टेज अंतर (0.8V) के तहत आउटपुट शोर का परीक्षण करते हैं। मैंने इनपुट वोल्टेज को 12V और आउटपुट को 11.2V (चित्र 11) पर सेट किया।

चरण ११: चित्र ११, न्यूनतम इनपुट/आउटपुट वोल्टेज अंतर के तहत आउटपुट शोर (इनपुट = १२ वी, आउटपुट = ११.२ वी)

कृपया ध्यान दें कि आउटपुट करंट (लोड जोड़कर) को बढ़ाकर, आउटपुट नॉइज़/रिपल बढ़ जाता है। यह सभी बिजली आपूर्ति या कन्वर्टर्स के लिए एक सच्ची कहानी है।

[४] सामग्री का बिल

चित्र 12 परियोजना की सामग्री का बिल दिखाता है।