Elektronik Atölyem

Buck dönüştürücü tasarımı

20 dakika · İleri

Simülasyonlar ve testler okunmaz; onlara geldiğinde duraklatıp deneyebilirsin.

Güç Kaynakları kursunda hazır buck modüllerini kullandık. Bu kursta kendi dönüştürücünü tasarlamayı öğreneceksin: entegre seçimi, bobin, kondansatörler, geri besleme ve PCB. İlk ders, en çok kullanılan topoloji olan buck (düşürücü) dönüştürücünün temel hesapları.

Buck nasıl çalışır?

  1. Anahtar (üst MOSFET) açıkken bobin girişe bağlanır; bobin akımı artar, bobin enerji depolar.
  2. Anahtar kapanınca bobin akımı kesilemez; alt MOSFET (senkron) ya da diyot üzerinden yola devam eder ve azalır.
  3. Çıkış kondansatörü bu üçgen akımı süzer; çıkışta düzgün bir DC gerilim kalır.

Temel denklemler

D = Vçıkış ÷ Vgiriş

ΔI = (Vgiriş − Vçıkış) · D ÷ (f · L)Ipk = Içıkış + ΔI ÷ 2

Bobin akımındaki dalgalanma ΔI, genellikle yük akımının %20–40'ı olacak şekilde seçilir. Küçük dalgalanma büyük (ve pahalı, yavaş tepki veren) bobin demektir; büyük dalgalanma ise kondansatörleri ve anahtarı zorlar.

Soru: 12 V → 5 V, 2 A, 400 kHz. %30 dalgalanma için bobin değeri?

D = 5 / 12 = 0,417

ΔI = 0,3 × 2 = 0,6 A

L = (12 − 5) × 0,417 / (400.000 × 0,6) ≈ 12 µH → standart değer 10 ya da 15 µH

Kendin dene

Frekansı yükselt: aynı dalgalanma için daha küçük bobin yeter. Yük akımını düşür: bir noktadan sonra bobin akımı her periyotta sıfıra iner (kesikli çalışma, DCM). Kondansatörün ESR'sini artır: çıkış dalgalanmasının çoğunun ESR'den geldiğini gör.

Buck tasarım tezgâhı

━ Anahtar (açık/kapalı)━ Bobin akımı┅ Ortalama bobin akımı

Görev oranı D

%41.7

Bobin dalgalanması ΔI

442 mA

Tepe akımı

2.22 A

Çıkış dalgalanması

13 mV

Sürekli çalışma (CCM)%30 dalgalanma için önerilen L ≈ 16.2 µHDalgalanmanın ESR payı: 9 mV

Entegre seçimi

  • Dahili MOSFET'li dönüştürücüler (TPS5430, MP1584, LM2596, AP63203): 1–5 A için; birkaç harici parçayla çalışır. Öğrenmek ve çoğu proje için ideal.
  • Denetleyiciler (LM5116, TPS40057): Harici MOSFET'leri sürer; 10 A ve üzeri akımlar için.
  • Senkron ya da asenkron: Asenkron tasarımda alt anahtar bir schottky diyottur (0,4 V düşer). Senkron tasarımda alt MOSFET kullanılır; düşük çıkış gerilimlerinde verim belirgin şekilde artar.

Datasheet'in 'uygulama' bölümü

İyi bir dönüştürücü datasheet'inde "Application Information" ya da "Design Procedure" bölümü vardır: bobin, kondansatör ve geri besleme dirençlerinin nasıl seçileceği adım adım anlatılır, hatta önerilen PCB yerleşimi çizilir. Tasarıma her zaman buradan başla. TI WEBENCH gibi çevrimiçi araçlar da bu hesapları otomatik yapar.

Çıkış gerilimini ayarlamak

Çıkıştan geri besleme (FB) pinine bir gerilim bölücü bağlanır. Entegre, FB pinini iç referans gerilimine (ör. 0,8 V) eşitleyecek şekilde çalışır:

Vçıkış = Vref × (1 + Rüst ÷ Ralt)

Soru: Vref = 0,8 V, Ralt = 10 kΩ, çıkış 5 V olsun. Rüst?

5 = 0,8 × (1 + Rüst / 10k) → Rüst = 52,5 kΩ → 52,3 kΩ (%1'lik seri)

Kendini test et

1. 24 V → 3,3 V buck'ta görev oranı yaklaşık?

2. Frekans iki katına çıkarsa aynı ΔI için bobin?

3. Tipik bobin dalgalanma hedefi yük akımının kaçıdır?

4. Vref = 1,25 V, Ralt = 10 kΩ, Rüst = 30 kΩ. Çıkış?

Bu ders, kursun ücretsiz ilk dersiydi

Anahtarlamalı Güç Kaynağı Tasarımı kursunun kalan 7 dersi, simülasyonları ve testleri kurs satın alındığında açılır.

Kursun devamını incele →
İlerlemeni kaydetmek için ücretsiz üye ol.Üye ol