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使用開關(guān)穩(wěn)壓器!設(shè)計(jì)您自己的DC/DC轉(zhuǎn)換器

發(fā)布時(shí)間:2022-02-16 來源:ROHM 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】通過使用開關(guān)穩(wěn)壓器,可以有效減少電路發(fā)熱以節(jié)約能耗。此外,開關(guān)穩(wěn)壓器有助于減小散熱器尺寸,從而可以制作出更緊湊的電路以及發(fā)熱量更少的電源電路。


目錄


? 使用開關(guān)穩(wěn)壓器制作DCDC轉(zhuǎn)換器

? 開關(guān)穩(wěn)壓器IC比預(yù)想中更易于使用

? 開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)

? 制作DCDC轉(zhuǎn)換器電路

? 正確使用三端穩(wěn)壓器和開關(guān)IC

? 總結(jié)


使用開關(guān)穩(wěn)壓器制作DCDC轉(zhuǎn)換器


開關(guān)穩(wěn)壓器IC是一種電源IC,可從某一直流電壓中獲取所需電壓,用于控制 開關(guān)式DCDC轉(zhuǎn)換器。

還有一種電路是使用齊納二極管或三端穩(wěn)壓器從某一高壓中產(chǎn)生所需電壓(同步降壓)。但是如果需要幾安培的大電流量,則需要一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器來進(jìn)行降壓。


開關(guān)穩(wěn)壓器IC比預(yù)想中更易于使用


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開關(guān)穩(wěn)壓器IC ROHM BD9E301如圖所示。SOP8封裝主要用于外形封裝,但也可以通過轉(zhuǎn)換板用在通用板上


開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)


在電源電路中使用開關(guān)穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)是“高效”。


如果您要使用開關(guān)穩(wěn)壓器,那么需要一些外部組件。與三端穩(wěn)壓器不同,使用開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí),除了IC和電容還需要其他組件,這可能會讓人感覺電路連接會比較困難。


如果您了解開關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理,可能會覺得“是不是得附加各種振蕩器和線圈?”其實(shí),現(xiàn)如今開關(guān)IC的大部分功能都內(nèi)置在IC中,所以需要的外部零件很少,電路設(shè)計(jì)也省時(shí)省力。


降壓電路有多種降壓方式,但使用開關(guān)穩(wěn)壓器可以實(shí)現(xiàn)80-95%的高轉(zhuǎn)換效率。其他方法(使用三端穩(wěn)壓器)效率通常為50%左右或者更低,從而導(dǎo)致浪費(fèi)功耗以及發(fā)熱量過多。


將大負(fù)載連接到降壓電路時(shí),可以通過使用開關(guān)穩(wěn)壓器來創(chuàng)建產(chǎn)生較少熱量的節(jié)能電路。


參考鏈接:開關(guān)穩(wěn)壓器|電子小百科

https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/dc-dc-converters/dcdc_what5


制作DCDC轉(zhuǎn)換器電路


現(xiàn)在,我們使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC來制作DCDC轉(zhuǎn)換器。


我們將使用一個(gè)DCDC轉(zhuǎn)換器,它可以將12V電源的輸入轉(zhuǎn)換為5V / 2A的輸出。使用該輸出規(guī)格,您還可以移動USB設(shè)備,為自己的設(shè)備提供USB充電功能。


ROHM的BD9E301用于開關(guān)穩(wěn)壓器IC。由于該IC內(nèi)置FET,所以可支持高達(dá)2.5A的輸出,并且具有使用外部電阻自由調(diào)節(jié)輸出電壓的功能,可支持7V~36V的大范圍輸入電壓。


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BD9E301的技術(shù)規(guī)格書摘錄。開關(guān)穩(wěn)壓器的技術(shù)規(guī)格書中描述了電路設(shè)計(jì)示例,因此請參考該內(nèi)容制作電路。

來源:7.0V-36V輸入,2.5A MOSFET內(nèi)置型1ch同步整流降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器—BD9E301EFJ-LB (E2) | ROHM Co., Ltd.


除了基本規(guī)格外,開關(guān)穩(wěn)壓器技術(shù)規(guī)格書還包含電路設(shè)計(jì)和圖形布局示例,因此我們一邊參考技術(shù)規(guī)格書一邊開始制作電路。


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放置在轉(zhuǎn)換板上的開關(guān)穩(wěn)壓器IC,安裝于通用板上


由于BD9E301是一種表面貼裝IC,所以通用板上需要使用轉(zhuǎn)換板。使用轉(zhuǎn)換板時(shí),可能會產(chǎn)生散熱量不足的問題而導(dǎo)致故障,因此使用時(shí)要注意電流量和發(fā)熱情況。


一邊查看技術(shù)規(guī)格書中的應(yīng)用電路,一邊將電子元件焊接到板上。輸出電壓由R1 和R2的分壓電阻之比來決定,因此我們將R1設(shè)置為12kΩ,將R2設(shè)置為3kΩ,其他元件使用與技術(shù)規(guī)格書相同的設(shè)置。


由于開關(guān)電源是一種以高頻率重復(fù)進(jìn)行ON/OFF動作的電路,所以該器件應(yīng)盡量靠近IC安裝,以免布線距離過長。從某種意義上來說,電路布局是開關(guān)穩(wěn)壓器的關(guān)鍵所在。


由于技術(shù)規(guī)格書中包含關(guān)于布局的說明,我們將一邊參考器件的位置一邊制作電路。


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完成的DCDC轉(zhuǎn)換器背面。DIP部件安裝在表面上,表面安裝型線圈安裝在焊接表面上。需要安裝的部件很少,使用開關(guān)穩(wěn)壓器的DCDC轉(zhuǎn)換器可以由一個(gè)電阻、幾個(gè)電容和一個(gè)線圈制作而成。


當(dāng)12V電壓施加到所完成的電路時(shí),輸出電壓為5V。電路中的反饋機(jī)制可以使輸出電壓保持不變,因此即使外部電壓發(fā)生波動,電路也始終輸出5V。該開關(guān)穩(wěn)壓器IC最高可輸出(電源電壓x 0.7)V,因此理論上來說,即使電源電壓降至7.2V也能正常工作。


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我們已經(jīng)制作出了一個(gè)5V / 2A電源電路,現(xiàn)在將一個(gè)USB端子連接到輸出部分,來為USB設(shè)備供電。


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如果您將USB端子連接到自己的5V DCDC轉(zhuǎn)換器,就可以為USB設(shè)備充電。上圖是為iPad充電的圖片。讓人意外的是,發(fā)熱量很小,因此電池可以穩(wěn)定充電。


如您所見,僅使用開關(guān)IC就可以輕松制作出5V輸出電源電路。您可以在制作電路時(shí)嘗試添加USB充電等附加功能,也許會很有趣。


在將開關(guān)電源商業(yè)化時(shí)存在很多問題,包括需要符合PCB布局和EMI(電磁干擾)規(guī)定,但是就電路設(shè)計(jì)本身來說,僅通過使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC就可以輕松完成電路制作。


三端穩(wěn)壓器和開關(guān)IC的正確使用


就像前文所說的那樣,最近的開關(guān)IC由于外部零件很少,電路設(shè)計(jì)用的材料很多,所以安裝開關(guān)降壓電路變得很容易。


在實(shí)際電源電路設(shè)計(jì)中,您可能會想知道應(yīng)該使用開關(guān)穩(wěn)壓器還是三端穩(wěn)壓器。


開關(guān)穩(wěn)壓器因其效率高而具有吸引力,但是在某些應(yīng)用場景中其優(yōu)勢可能無法得到充分發(fā)揮:比如只使用了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)和幾個(gè)LED但電流很高時(shí)。


在只有幾毫安的電路中,即使提高了效率,其實(shí)用優(yōu)勢也可能不復(fù)存在。


此外,開關(guān)電源的效率隨著負(fù)載電流的降低而降低(相反,這時(shí)候三端穩(wěn)壓器的效率更高),而缺點(diǎn)——例如包含了大量部件和噪聲波紋——會變得更加突出。在這種情況下,就總成本來說,使用三端穩(wěn)壓器具有更大優(yōu)勢。


總的來說,不要認(rèn)為“開關(guān)穩(wěn)壓器更好,因?yàn)樗鼈冃矢撸 蔽覀儜?yīng)該根據(jù)功耗和電路尺寸來選擇合適的方法。


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開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器之間的區(qū)別。兩種穩(wěn)壓器各有優(yōu)缺點(diǎn),必須根據(jù)實(shí)際情況來對其進(jìn)行選擇。三端穩(wěn)壓器屬于線性穩(wěn)壓器。

來源:線性穩(wěn)壓器的優(yōu)缺點(diǎn)比較 | Tech Web

https://techweb.rohm.co.jp/knowledge/dcdc/s-dcdc/02-s-dcdc/88


總結(jié)


當(dāng)您聽到“開關(guān)穩(wěn)壓器”這個(gè)詞時(shí),最初可能會覺得“難以制作”,但實(shí)際使用的時(shí)候會發(fā)現(xiàn)并沒有想象中那么復(fù)雜。并且,您還可以輕松地制作出高效的電源電路。


如果學(xué)會了使用開關(guān)穩(wěn)壓器,您就可以對電路電壓進(jìn)行控制了——例如,除了降壓之外,還可以進(jìn)行升壓、反相和升降壓,如此一來,您就可以擴(kuò)大電路設(shè)計(jì)的范圍。


設(shè)計(jì)開關(guān)電源真正困難的部分是如何進(jìn)行圖形布局來放置零部件以及如何處理EMI以符合各國法規(guī)。而對您來說,很容易能夠完成制作,所以即使在電氣工程中,使用開關(guān)穩(wěn)壓器也是一個(gè)不錯的選擇。


我們使用了表面貼裝型開關(guān)穩(wěn)壓器,但也有可用于通用板的DIP形IC和內(nèi)置線圈的開關(guān)穩(wěn)壓器,因此即使在電器工程中,開關(guān)IC也非常易于使用。此外,最新產(chǎn)品中有一種內(nèi)置了FET的類型,可以輸出7A~8A電流。


如果您正在制作帶有三端穩(wěn)壓器和大型散熱器的電源電路,或者您正在通過連接DCDC轉(zhuǎn)換器模塊來制作小器件,那么何不嘗試使用開關(guān)穩(wěn)壓器IC來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)呢?


文章來源于DevicePlus.com英語網(wǎng)站的翻譯稿。



免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


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