موضوعات این مقاله:

از این دسته

11 فروردین 1401

سیگنال کالا با توجه به نیاز موجود به اطلاعات دقیق و به روز در حوزه الکترونیک و همچنین در جهت گسترش دانش و امکان به کارگیری آن در این حوزه، اقدام به جمع‌آوری مقالات معتبری در این زمینه کرده است. مقالات مذکور،جهت سهولت دسترسی به اطلاعات دست اول و  افزایش نوآوری و سهولت در استفاده از ابزار الکترونیکی برای مخاطبان ، توسط سیگنال کالا ترجمه شده و در اختیار عموم قرار گرفته است.

 

در مقاله زیر نکاتی کلی برای طراحی مبدل کاهنده‌ی DC به DC، شامل موارد زیر آورده شده است:

 

  • مدار پایه‌ای مبدل کاهنده‌ی DC به DC
  • بده بستان‌های انتخاب قطعات مبدل کاهنده
  • خازن‌های خود را بشناسید
  • اعتماد داشته باش، اما صحت‌سنجی کن: تراشه‌ها و قطعات
  • حتماً بیازمایید و اندازه بگیرید
  • ظرفیت خازنی ورودی را تحلیل کنید
  • به شمای PCB، از پیش فکر کنید
  • محدودیت‌های طراحی خود را شناسایی کنید و به آن پایبند باشید

 

مدار پایه‌ای مبدل کاهنده‌ی DC به DC

 

قبل از شروع، اجازه دهید مدار مبدل کاهنده‌ی DC به DC را مرور کنیم:

مبدل

 

 

تغذیه‌ی ورودی

Input supply

درایور

Driver

مدولاسیون عرض پالس

PWM

گره کلیدزنی

Switch node

بار (مدار معادل دستگاه وصل شده به منبع تغذیه)

load

 

بده بستان‌های انتخاب قطعات مبدل کاهنده

 

فهم بده بستان‌های طراحی که با آن مواجه هستید، مهم است.

 

برای کمک به شما، ماتریسی از چیزهایی که بر طراحی مبدل کاهنده اثرگذار است، ایجاد کرده‌ام:

 

 

 

 

افزایش اندوکتانس

افزایش مقاومت DC سلف (DCR)

افزایش فرکانس کلیدزنی

افزایش ظرفیت خروجی (Cout)

افزایش مقاومت سری معادل برای خازن خروجی

افزایش ولتاژ ورودی (Vin)

افزایش ولتاژ خروجی (Vout)

افزایش جریان خروجی (Iout)

افزایش ضریب کا (K Factor)

کارآیی

کاهش

کاهش

کاهش

 

کاهش

کاهش

افزایش

به منحنی رجوع شود

ترکیبی

ریپل

کاهش

 

کاهش

کاهش

افزایش

افزایش

کاهش

افزایش

افزایش

پاسخ گذرا

بدتر

بدتر

بهتر

بدتر

بدتر

بدتر

بهتر

بدتر

بهتر

اندازه‌ی مدار یا قطعه‌ی اضافه شده

بزرگتر

کوچکتر

کوچکتر

بزرگتر

کوچکتر

بزرگتر

کوچکتر

بزرگتر

کوچکتر

بیشینه‌ی جریان FET

کاهش

 

کاهش

 

 

افزایش

کاهش

 

افزایش

مقدار اندوکتانس

 

 

کاهش

 

 

 

 

کاهش

کاهش

*«ضریب کا» به صورت نسبت قله به قله‌ی جریان سلف به متوسط آن تعریف می‌شود و به طور معکوس با اندوکتانس متناسب است.

«چه چیزی بر چه چیزی اثر گذار است». تهیه شده توسط جورج بینر

 

 بده بستان‌های اصلی برای دستیابی به ریپل و پاسخ گذار مناسب [در خروجی]، موارد زیر است: انتخاب اندوکتانس (که به طور معکوس با «ضریب کا»[1]، یا همان نسبت جریان قله به قله به متوسط جریان سلف، مرتبط است)، ظرفیت خازنی، و «فرکانس کلیدزنی»[2].

 

طراحان برای تعیین پارامترهای قطعات و شبیه‌سازی مدار قطعاً باید از ابزارهای طراحی که تولید کنندگان ICهای رگولاتور فراهم کرده اند، استفاده کنند.

[1] k-factor

[2] switching frequency

 

خازن‌های خود را بشناسید

 

  • اطمینان حاصل کنید خازن‌ها ظرفیت مورد نظر برای فرکانس کار مدارتان را دارند. همچنین باید «فرکانس تشدید»[1] خازن را بدانید.
  • خازن‌های سرامیکی در گستره‌ی وسیعی از فرکانس‌ها مناسب اند اما ظرفیت خازنی کمی دارند. معمولاً یک نوع خازن نمی‌تواند کل محدوده‌ی فرکانسی را پوشش دهد و باید از دو نوع خازن مختلف (برای مثال، سرامیکی و الکترولیتی) به موازات هم استفاده شود و خازن سرامیکی باید به مدار [مبدل] نزدیک‌تر باشد.
  • همچنین اگر ولتاژ بایاس وجود داشته باشد، خازن‌ها بخش زیادی از ظرفیت اسمی خود را از دست می‌دهند.

[1] self-resonant frequency

 

اعتماد داشته باش، اما صحت‌سنجی کن: تراشه‌ها و قطعات

 

  • در PCBهایی که توسط شخص ثالث ساخته شده است و در آن قطعات بی‌نام و نشان به کار رفته است، مجبورید به «قطعه‌چپان بورد»[1] اعتماد کنید و فرض را بر این بگذارید که قطعات به درستی نصب شده اند. مطمئن شوید که اعتماد شما نابجا نبوده باشد.  
  • اگر تراشه‌ای را برای عیب‌یابی به کارخانه‌ی تولیدی ارسال کرده‌اید، معطل نتیجه نمانید. این روزها کیفیت تراشه‌ها بسیار بالا است و بسیار بعید است که تراشه‌ی شما بی‌کیفیت باشد. همچنین، فرآیند عیب‌یابی تراشه زمان‌بر است. در این مدت شما می‌توانید مشکل واقعی را بیابید.
  • اگر از تراشه‌ی دیجیتال استفاده می‌کنید، بررسی کنید که تنظیمات شما واقعاً در تراشه نوشته شده باشد، نه این که صرفاً در رابط گرافیکی کاربر (GUI) درج شده باشد.

[1] board stuffer

 

حتماً بیازمایید و اندازه بگیرید

 

  • پیش از بررسی با اسیلوسکوپ، چنین فرض نکنید که ولتاژهای DC با ثبات است.
  • راه‌های مختلفی برای اندازه‌گیری ریپل وجود دارد ( و دستگاه مناسبی که این اندازه‌گیری را انجام دهد، گران است). بهترین کار آن است که از «پروب تفاضلی»[1] استفاده کنید. البته از «پروب تک‌سر»[2] نیز می‌توانید استفاده کنید. فقط مطمئن شوید که سیم زمین پروب تک‌سر کوتاه باشد و درست در کنار Vout متصل شده باشد.
    •  از پروب با ضریب نسبت تضعیف یک به یک استفاده کنید (خودتان می‌توانید چنین پروبی را بسازید). پروب با نسبت تضعیف 10 به 1، حساسیت مورد نیاز برای کار شما را ندارد.

[1] differential probe

[2] single-ended probe

 

ظرفیت خازنی پارازیتی سلف باعث جهش‌های ولتاژی فرکانس بالا در خروجی می‌شود. هرچند چنین کاری کارآیی را کاهش می‌دهد، اما ممکن است لازم باشد سرعت فعال شدن ماسفت بالایی را کم کنید تا سرعت نوسان کم شود، یا اینکه ممکن است dv/dt مربوط به فعال‌سازی کاذب ماسفت پایینی را کاهش دهید.

 

ظرفیت خازنی ورودی را تحلیل کنید.

 

  • ظرفیت خازنی ورودی کمتر از ظرفیت خازنی خروجی شناخته شده است، اما ممکن است نیاز باشد بر نویز ورودی شرایطی حاکم شود که جریان کافی به مدار شما برسد.
  • خازن‌های ورودی جریان‌های با ریپل بزرگ ایجاد می‌کنند که با دوره‌ی زمانی 50 درصد به بیشینه‌ی خود می‌رسند. این جریان‌ها گرما ایجاد می‌کند و از طول عمر خازن می‌کاهند. مطمئن شوید که جریان در محدوده‌ی مجاز تعیین شده قرار دارد. برای اضافه کردن Cin‌های موازی، یک بده بستان اساسی وجود دارد. کاهش مقاومت سری معادل باعث افزایش جریان‌های ریپل و افزایش تولید گرما می‌شود. برای اینکه واقعاً بتوانید جریان ریپل ورودی را کم کنید، ممکن به یک سلف سری نیاز داشته باشید.
  • هرچه چرخه‌ی زمانی قله‌ی جریان طولانی‌تر باشد، جریان کشیده شده از Cin بیشتر می‌شود و در نتیجه Vin افت بیشتری در تراشه دارد. زمانی که Vin از قبل پایین باشد، این افت محسوس‌تر خواهد شد و امکان کمتر شدن Vin بیشتر خواهد بود. در چنین شرایطی ممکن است لازم باشد Cin ها را بیفزایید.

به شمای PCB، از پیش فکر کنید.

 

  • مسیرهای جریان را شناسایی کنید و حلقه‌های جریان بالا را کمینه کنید. در مدارس درباره‌ی مسیرهای مستقیم جریان در مدار بسیار گفته می‌شود، اما چیزی درباره‌ی مسیرهای بازگشت جریان که معمولاً با علامت زمین ایده‌آل نشان داده می‌شود، گفته نمی‌شود! شمای بورد را به گونه‌ای ایجاد کنید که جریان‌های برگشتی بتوانند مسیرهای طبیعی خود (یعنی حلقه‌های جریانی کمینه) را دنبال کنند.
  • اندوکتانس‌های مسیر تغذیه را پایین نگه دارید. ایجاد پالس‌های جریان در این مسیرها باعث جهش‌های ولتاژی می‌شود و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) ساطع می‌کند. هرچه وایا[1] (یعنی اتصال‌های مسیر جریان در لایه‌های مختلف) بزرگ‌تر باشد، بهتر است، اما باید مشخصات این مسیرها به خوبی درک شود.
  • سطح امپدانسی را برای گره‌های مدار به صورت حدودی حساب کنید و به طور مناسب از آن‌ها محافظت کنید. برای مثال، «تقویت‌کننده‌ی خطا»[2] امپدانس بالا و حساس به نویز است. آن را ایزوله کنید و امپدانس آن را کوچک کنید.
  • جداسازی بین قسمت‌های دیجیتال، آنالوگ، و زمین‌های تغذیه‌ی مدار را رعایت کنید و مسیرهای برگشت طبیعی را فراهم کنید. با استفاده از «اتصال زمین ستاره‌ای»[3] می‌توان از ایجاد پالس‌های جریانی بزرگ در مسیرهای زمین مشترک بین مدارهای سطح پایین حساس، جلوگیری کرد.

[1] via

[2] error amp

[3] Star grounding

 

محدودیت‌های طراحی خود را شناسایی کنید و به آن پایبند باشید.

 

  • مطمئن شوید که «منحنی کاهش توان گرمایی»[1] را در طراحی خود لحاظ کرده‌ باشید (چراکه در دمای بالا، بیشینه‌ی جریان و میزان توان از مقادیر نامی خود کمتر است).
  • مطمئن شوید ولتاژ پین‌های آی‌سی‌ها فراتر از مقدار مجاز خود نشوند، چه این پین‌ها به زمین وصل شده باشند یا به پین قطعه‌ی دیگر.  برای مثال، برق‌دار کردن یک پین بر اساس مشخصات پین به زمین، اما انحراف از محدوده‌ی مجاز برای ولتاژ پین به پین ممکن است منجر به سوختن تراشه شود.
  • به کمینه یا بیشینه‌ی زمان‌های خاموش و روشن شدن کنترل‌پذیر تراشه‌ی کنترل‌گر توجه کنید و مطمئن شود که نقطه‌ی کار مدارتان بیش از حد به این کرانه‌ها نزدیک نباشد.

[1] thermal derating curves

 

منبع:

https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/dc-dc-buck-converter-design-tips-and-tricks/

موضوعات مرتبط

ماشین لرنینگ در آینده

کانکتور (اتصال‌دهنده) چیست؟

مایکروموبیلیتی در شهر هوشمند

چگونه با ماشین لرنینگ وارد بازار شویم؟

طراحی منبع تغذیه‌ی مبدل AC به DC

ماشین لرنینگ در آینده

لورم ایپسوم متن ساختگی با تولید سادگی نامفهوم از صنعت چاپ، و با استفاده از طراحان گرافیک است، چاپگرها و متون بلکه روزنامه و مجله در ستون و سطرآنچنان که لازم است، و برای شرایط فعلی تکنولوژی مورد نیاز، و...
مطالعه بیشتر

کانکتور (اتصال‌دهنده) چیست؟

سیگنال کالا با توجه به نیاز موجود به اطلاعات دقیق و به روز در حوزه الکترونیک و همچنین در جهت گسترش دانش و امکان به کارگیری آن در این حوزه، اقدام به جمع‌آوری مقالات معتبری در این زمینه کرده است....
مطالعه بیشتر

مایکروموبیلیتی در شهر هوشمند

سیگنال کالا با توجه به نیاز موجود به اطلاعات دقیق و به روز در حوزه الکترونیک و همچنین در جهت گسترش دانش و امکان به کارگیری آن در این حوزه، اقدام به جمع‌آوری مقالات معتبری در این زمینه کرده است....
مطالعه بیشتر

چگونه با ماشین لرنینگ وارد بازار شویم؟

سیگنال کالا با توجه به نیاز موجود به اطلاعات دقیق و به روز در حوزه الکترونیک و همچنین در جهت گسترش دانش و امکان به کارگیری آن در این حوزه، اقدام به جمع‌آوری مقالات معتبری در این زمینه کرده است....
مطالعه بیشتر
دلار: 0 تومان
یوان: 0 تومان

ورود

هنوز حساب کاربری ندارید؟

سایدبار
ما از کوکی ها برای بهبود کارکردن شما با سایت استفاده می کنیم. با استفاده از این سایت شما استفاده ما از کوکی ها را پذیرفته اید.