محول عالمي تقريبًا على TPS63000 ، أو يلبي احتياجات الأصغر

يوم جيد لك أيها المهوسون والمتعاطفون! بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في قضاء وقت فراغهم في تطوير الأجهزة الإلكترونية الفريدة القابلة للارتداء غير المفيدة ، تنشأ مسألة تشغيل هذه الأجهزة نفسها في كل مرة يتم فيها تطوير تصميم جديد ويتطلب حلًا اقتصاديًا وفعالًا ومضغوطًا. بالإضافة إلى ذلك ، عند ترقية أنواع مختلفة من الأجهزة التي تعمل بالبطارية ، تقلل القدرة على استخدام البطاريات القياسية من كمية ومدة العمل. يحل الجهاز الموضح أدناه مشكلة الطاقة للأجهزة التي تصل طاقتها إلى 3.5 واط.


لذلك ، بادئ ذي بدء ، نقوم بصياغة قائمة بالمتطلبات لمصدر الطاقة:

1. جهد خرج قابل للتعديل مستقر من 1.5 إلى 5.5 فولت
2. جهد الإدخال من 1.8 فولت (الحد الأدنى من الجهد لبطاريتين NiMH متصلتين في سلسلة) إلى 5.5 فولت ( أقصى جهد USB).
3. الطاقة لا تقل عن ثلاثة واط.
4. قم بالتبديل تلقائيًا من وضع الدفع إلى وضع باك والعكس.
5. كفاءة عالية - كفاءة لا تقل عن 95٪
6. ضغط - على أي حال ، لا يتجاوز قطر عنصر معياري من الحجم AA
7. الحد الأدنى للأبعاد
8. الحد الأدنى لعدد المكونات ، وغياب غير موثوق به ويخضع لمكثفات إلكتروليتية سريعة الشيخوخة.

تلبي الدائرة المتكاملة TPS63000 كل هذه المتطلبات. الخاصية الوحيدة غير المريحة نسبيًا لهذا IC هي حزمة VSON SMD فائقة الصغر مقاس 3x3 مم مع أحد عشر وسادة على الجانب السفلي. لا تحتاج الدائرة المصغرة إلى صمام ثنائي خارجي ، وأبعاد خانق التخزين بسبب ارتفاع معدل التحويل صغيرة جدًا.

تبدو نسختتي من تشغيل الدائرة المصغرة كما يلي:



كما يتبين من الرسم التخطيطي أعلاه ، فإن عدد المكونات ضئيل ، وكلها موجودة في إصدار SMD.

القليل عن خصائص وتصنيفات المكونات:

جميع المكثفات الخزفية متعددة الطبقات ، الحجم 1206 بمواد العزل X7R والجهد المقنن 10 فولت.

لماذا الحجم 1206 بدلاً من الحجم الموصى به في ورقة البيانات 0603؟ والحقيقة هي أن الدمج المطلوب للوحدة وموقعها في صندوق مغلق يمكن أن يؤدي إلى تسخين كبير للوحة الدوائر المطبوعة والمكونات. يمكن أن تفقد المكثفات الخزفية متعددة الطبقات ما يصل إلى 70٪ من سعتها عند تسخينها. في هذا المنشور يشير إلى تحسن كبير في استقرار درجة حرارة المكثفات السعة مع تزايد حجم. بالإضافة إلى ذلك ، من الأسهل لحام المكونات الكبيرة على اللوحة (مع اللحام اليدوي ، بالطبع). لماذا يكون الجهد المقنن 10 فولت بدلاً من 6.3 فولت الموصى به؟ بسبب جنون العظمة: بالنسبة لي ، من الأفضل أن تدفع أكثر من بضع سنتات ، ولكن تحصل على موثوقية أكثر من تدمير جهازك العصبي بسبب جهاز غير عامل.

الآن دعنا ننتقل إلى خنق التخزين. تم زيادة حجمه قليلاً مقارنة بالوثائق التقنية: تم استخدام 4018 بدلاً من 4012. وهناك تفسير لذلك. أحد أهم المعلمات لخنق التخزين هو تيار التشبع. ببساطة ، هذا هو حجم التيار ، عند الوصول الذي يبدأ فيه حث المحرِّض على الانخفاض بشكل حاد ، ومع زيادة أخرى في التيار ، يتحول إلى قطعة من الأسلاك. العواقب السلبية لهذا: زيادة الحمل على مفاتيح التحكم في الدائرة المصغرة ، وتسخين الخانق ، وانخفاض كفاءة المحول. بالنسبة إلى 4012 ، يكون تيار التشبع من 2.3 أمبير (انخفاض في الحث بنسبة 10٪) إلى 2.5 أمبير (انخفاض في الحث بنسبة 30٪) ، وبالنسبة إلى LPS 4018 فهو بالفعل من 2.7 أمبير (10٪) إلى 2.9 أمبير ( 30٪). يحتوي TPS63000 على حد حالي يبلغ 3 أمبير للمفاتيح الداخلية ، وبالتالي ، للضغط على جميع العصائرالاستخدام الكامل لإمكانيات الشريحة هو LPS4018 أكثر ملاءمة. بالإضافة إلى ذلك ، يتمتع 4018 بمقاومة أقل من 4012 (0.07 أوم مقابل 0.1 أوم).

تبعا لذلك ، فإن خسائر الحرارة في الحث ستكون أيضا أقل. بالمناسبة ، حقيقة أنه مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد هذه المعلمة سوءًا أيضًا لصالح اختيار مفاعل بتيار تشبع كبير ، وسيكون بعض الهامش خارج المكان تمامًا. الآن حول اختيار محث الحث: في الوثائق الفنية يشار إلى الحث 2.2 μH كمتوسط ​​للحالة المتوسطة ، يشار إلى أن زيادة الحث تقلل من تموج الجهد على الحمل ، ولكنها تزيد من سوء الاستجابة لتغيير الحمل. بالإضافة إلى ذلك ، بسبب سيدة بلا قلب تسمى فيزيائية ، عندما يزيد الحث ويتم الحفاظ على الحجم ، ينخفض ​​تيار التشبع وتزداد المقاومة النشطة. بشكل عام ، لم أقم بزيادة حجم الحث. كيف أقوم بتقييم أقصى تيار يمكن أن يحدث نظريًا في المحرِّض؟ أستخدم الطريقة الأكثر بدائية (الجحيم ،أنا متأكد من أن هناك صيغ خاصة لهذا!): لإنشاء "نقطة مرجعية" نأخذ الوضع الأكثر صرامة - زيادة الجهد إلى 5 فولت ، مع حمولة 800 مللي أمبير. وفقا لذلك ، قوة الخرج هي 4 واط. أربعة واط عند 1.8 فولت (الحد الأدنى لجهد المدخلات TPS63000) يعني تيارًا ثابتًا 2.2 أ. يبدو أن المحرِّض 4012 يجب أن يكون كافيًا.

ولكن في هذه الحالة ، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار أن محول النبض "يضخ" الخانق نصف الوقت ، والنصف الآخر من الوقت "يفرغه" في الحمل (هذا بالطبع وصف تقريبي جدًا لمبدأ التشغيل ، ولكن لأغراضنا يكفي). وفقًا لذلك ، لتوفير تيار دخل ثابت يبلغ 2.2 أمبير ، يلزم تيار نابض يبلغ 4.4 أمبير.بما أن المفاتيح الداخلية للدائرة الصغيرة تقتصر حاليًا على 3 أمبير ، يمكنك نسيان التحويل من 1.8 فولت و 2.2 أمبير إلى 5 فولت و 800 مللي أمبير. . نظرًا للمكونات غير المثالية والخسائر والتدفئة ، فإن 700 مللي أمبير عند 5 فولت عند الإخراج ، على التوالي 1.5 أمبير عند 2.3 فولت عند الإدخال ، ستكون واقعية. إذا بدأت من 1.8 فولت من جهد الدخل ، فسيكون الحد الأقصى لتيار الخرج عند 5 فولت هو 500 مللي أمبير. من السهل حساب أنه في هذا الوضع "غير الملائم" الأقصى للشريحة ، فإن طاقة الخرج ستكون 2.5 واط فقط.

العناصر المتبقية من الجهاز ليست حرجة ، لقد أخذت المقاومات 1206 الحجم ومكثف 100 nF بسبب راحة التثبيت.

تم تصميم لوحة الدوائر في KiCAD. إنه ثنائي ، الجانب الخلفي عبارة عن طبقة مستمرة من النحاس ، تعمل كمبرد. في موقع ملامسة الحرارة للدائرة الدقيقة ، من خلال الثقوب مع المعدنة يتم نقل الحرارة إلى الجانب الخلفي من اللوحة.

رسم لوح ، مقاس 14x24 مم. بالطبع ، يمكن تصنيعها بنصف الكمية ، ولكن في هذه الحالة قد تكون منطقة امتصاص الحرارة غير كافية. أنا متأكد من أنه عند إنشاء اللوحة ، انتهكت جميع الإرشادات الخاصة بإنشاء أجهزة عالية التردد:



مثيل جاهز:



الجهاز مكتمل ، في هذه الصورة تبدو حصصتي مثيرة للاشمئزاز بشكل خاص:



مقارنة بـ AA و 18650 بطاريات:



أظهرت اختبارات المحول أن الجهاز يعمل بكامل طاقته ؛ أقصى تيار خرج عند 5 فولت كان 720 مللي أمبير ، أي حوالي 3.6 واط. كانت هذه المعلمات ممكنة فقط بجهد دخل لا يقل عن 2.3 فولت (فولت واحد أقل مما هو مذكور في الوثائق الفنية). يسخن اللوح حتى 63 درجة مئوية ، وهو مقبول تمامًا للمكونات المستخدمة في الجهاز. يعمل ضبط جهد الخرج بشكل جيد. لم يلاحظ أي تدخل للجهاز الذي يعمل بالطاقة والمعدات المجاورة.

هنا هو مجلد مشروع كيكاد.

تم النشر بموجب ترخيص WTFPL.

حسنًا ، وتقليديًا: استمتع!

Source: https://habr.com/ru/post/ar400617/