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?
- Anahtar (üst MOSFET) açıkken bobin girişe bağlanır; bobin akımı artar, bobin enerji depolar.
- Anahtar kapanınca bobin akımı kesilemez; alt MOSFET (senkron) ya da diyot üzerinden yola devam eder ve azalır.
- Çıkış kondansatörü bu üçgen akımı süzer; çıkışta düzgün bir DC gerilim kalır.
Temel denklemler
D = Vçıkış ÷ Vgiriş
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
Görev oranı D
%41.7
Bobin dalgalanması ΔI
442 mA
Tepe akımı
2.22 A
Çıkış dalgalanması
13 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 →