Доброго вам времени суток, уважаемые гики и сочувствующие! Для любителей тратить своё свободное время на разработку
Итак, для начала сформулируем список требований для источника питания:
1. Стабилизированное регулируемое выходное напряжение от 1,5 до 5,5 В
2. Входное напряжение от 1,8 В (минимальное напряжение двух последовательно включённых NiMH аккумуляторов) до 5,5 В (максимальное напряжение USB).
3. Мощность не менее трёх Вт.
4. Автоматическое переключение из повышающего (boost) в понижающий режим (buck) и наоборот.
5. Высокая эффективность — КПД не менее 95%
6. Компактность — в любом случае не шире диаметра стандартного элемента типоразмера АА
7. Минимальные размеры
8. Минимальное число компонентов, отсутствие ненадёжных и подверженных быстрому старению электролитических конденсаторов.
Всем этим требованиям отвечает интегральная схема TPS63000. Единственным относительно неудобным свойством этой ИС является её сверхкомпактный SMD корпус VSON размером 3х3 мм с одиннадцатью контактными площадками на нижней стороне. Микросхема не нуждается во внешнем диоде, а размеры накопительного дросселя благодаря высокой частоте преобразования весьма малы.
Мой вариант включения микросхемы выглядит так:
Как видно из приведённой принципиальной схемы, число компонентов минимально, и все они существуют в исполнении SMD.
Немного о свойствах и номиналах компонентов:
Все конденсаторы керамические многослойные, типоразмера 1206 с материалом изоляции X7R и номинальным напряжением 10 В.
Почему типоразмер 1206 вместо рекомендованного в даташите 0603? Дело в том, что желаемая компактность модуля и нахождение его в закрытом корпусе могут привести к значительному нагреву печатной платы и компонентов. Керамические многослойные конденсаторы могут терять до 70% ёмкости при нагреве. В этой публикации говорится о значительном улучшении температурной стабильности ёмкости конденсаторов при увеличении типоразмера. Кроме того, более крупные компоненты проще запаивать на плату (при ручной пайке, естественно). Почему номинальное напряжение 10 В вместо рекомендованных 6,3 В? Потому, что паранойя: по мне, лучше переплатить пару центов, но получить большую надёжность, чем разрушать свою нервную систему из-за неработающего устройства.
Теперь перейдём к накопительному дросселю. Его типоразмер несколько увеличен по сравнению с техдокументацией: вместо 4012 был использован 4018. Этому есть объяснение. Один из важнейших параметров накопительного дросселя — ток насыщения. Проще говоря, это величина силы тока, при достижении которой индуктивность дросселя начинает резко снижаться, и при дальнейшем росте тока он превращается в кусок проволоки. Негативные последствия этого: повышенная нагрузка на управляющие ключи микросхемы, нагрев дросселя, снижение эффективности преобразователя. Для 4012 ток насыщения составляет от 2,3 А (снижение индуктивности на 10%) до 2,5 А (снижение индуктивности на 30%), а для LPS 4018 уже от 2,7 А (10%) до 2,9 А (30%). TPS63000 имеет на внутренних ключах ограничение по току 3 А. Соответственно, для
Соответственно, тепловые потери в дросселе также будут ниже. Кстати, в пользу выбора дросселя с большим током насыщения говорит также тот факт, что с ростом температуры этот параметр также ухудшается, и некоторый запас будет совсем нелишним. Теперь о выборе величины индуктивности дросселя: в техдокументации указана индуктивность 2,2 мкГн как средняя для среднего случая, при этом упомянуто, что увеличение индуктивности уменьшает пульсации напряжения на нагрузке, но ухудшает реакцию на изменение нагрузки. Кроме того, из-за бессердечной дамы по имени физика при увеличении индуктивности и сохранении типоразмера падает ток насыщения и растёт активное сопротивление. В общем, увеличивать величину индуктивности я не стал. Как я оцениваю максимальный ток, теоретически могущий возникнуть в дросселе? Я пользуюсь самым примитивным методом (чёрт возьми, я просто уверен, что для это есть специальные формулы!): для создания «точки отсчёта» берём самый жёсткий режим — повышение напряжения до 5 В, при нагрузке 800 мА постоянного тока. Соответственно, выходная мощность составляет 4 Вт. Четыре Ватта при 1,8 В (минимальное входное напряжение TPS63000) означают силу постоянного тока 2,2 А. Вроде бы, дросселя 4012 должно хватить с избытком.
Но в данном случае необходимо учесть, что импульсный преобразователь половину времени «накачивает» дроссель, а другую половину времени её «разряжает» в нагрузку (это, конечно, очень грубое описание принципа работы, но для наших целей оно достаточно). Соответственно, для обеспечения постоянного входного тока 2,2 А необходим пульсирующий ток 4,4 А. Поскольку внутренние ключи микросхемы ограничены по току до 3 А, про преобразование с 1,8 В и 2,2 А до 5 В и 800 мА можно забыть. Учитывая неидеальность компонентов, потери и нагрев, реалистичным будет 700 мА при 5 В на выходе, соответственно 1,5 А при 2,3 В на входе. Если же отталкиваться от 1,8 В входного напряжения, то максимальный выходной ток при 5 В составит 500 мА. Нетрудно подсчитать, что в этом максимально «неудобном» для микросхемы режиме выходная мощность составит всего лишь 2,5 Вт.
Остальные элементы устройства не критичны, резисторы и конденсатор 100 нФ я взял типоразмера 1206 из-за удобства монтажа.
Печатная плата разработана в KiCAD. Она двусторонняя, тыльная сторона — сплошной слой меди, выполняющий роль радиатора. На площадке под теплоотводящий контакт микросхемы выполнены сквозные отверстия с металлизацией, для передачи тепла на тыльную сторону платы.
Рисунок платы, размер 14х24 мм. Конечно, её можно было сделать раза в два меньше, но в этом случае площадь теплоотвода могла оказаться недостаточной. Я просто уверен, что при создании платы нарушил все гайдлайны создания высокочастотных устройств:
Готовый экземпляр:
Устройство в сборе, на этом фото мои пайки выглядят особенно отвратительно:
В сравнении с аккумуляторами АА и 18650:
Испытания преобразователя показали полную работоспособность устройства, максимальный выходной ток при 5 В составил 720 мА, т.е. около 3,6 Вт. Эти параметры были возможны только при входном напряжении не ниже 2,3 В (на один вольт меньше, чем указано в техдокументации). Плата при этом нагревается до 63°С, что вполне допустимо для применённых в устройстве компонентов. Регулировка выходного напряжения работает хорошо. Никаких помех питаемому устройству и соседствующей аппаратуре не замечено.
Здесь папка с проектом KiCAD.
Публикуется под лицензией WTFPL.
Ну, и традиционное: Have fun!
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
Комментарии (96)
GennPen
16.01.2017 09:46+45. Высокая эффективность — КПД не менее 95%
Судя по даташиту от 70 до 95%, в зависимости от выходного напряжения и тока.
melchermax
16.01.2017 11:34Конечно, не стоит ожидать при повышении с 2,3 В до 5 В эффективности 95%, но в целом я достиг желаемого.
Markscheider
16.01.2017 10:30+1Судя по КПДВ, ожидалась схема портативного биореактора :)
Вопрос по существу — себестоимость при малотиражном изготовлении не прикидывали?
И да, интересно, как быстро прототип появится на Aliexpress? :)
av0000
16.01.2017 10:37+1И да, интересно, как быстро прототип появится на Aliexpress?
А зачем? ;) 25р/шт, а если брать пучок, то от 16…
olartamonov
16.01.2017 10:50+2От 5 В чего-то там питают ещё только ардуинщики, их не жалко. Всем остальным куда нужнее 3,3 В, получать которые от аккумулятора — немного боль, потому что свежее оно выше, а севшее оно ниже. То есть, нужен buck-boost, вот как раз TPS63000.
А также не стоит думать, что написанные по ссылке 600 мА — это то, что оно в нагрузку отдавать умеет.av0000
16.01.2017 12:00Так я ж и не спорю.
Речь, скорее, о том, что «их есть у китайцев и не один». И buck-boost у них есть (правда, в основном — регулируемые — большие и «дорогие»). Для прототипов — нормально, а для готовых изделий мне последнее время больше нравится «развести на плате своё».
Бутербродом пробовал делать с готовыми китайскими — не понравилось :)
Опять же, от аккумулятора, подозреваю, вряд ли надо 3.3Вх700мА, скорее — экономить по максимуму.
ЗЫ: ссылка — просто первая из поиска (ну, или вторая). Для 3.3В мелочевки есть такое например. Заявлено до 150мАolartamonov
16.01.2017 12:41+1От аккумуляторов — по-разному бывает. У нас вот сейчас в разработке две железки — у обеих основная электроника потребляет немного, но у одной есть 3G-модем, а у другой привод электродвигателя, который нужен редко, но зато метко. То есть, оба случая с возможным пиковым потреблением в сотни миллиампер.
melchermax
16.01.2017 12:51Вот и я про то же, поэтому и дроссель побольше поставил… Кто его знает, когда и что понадобится… А так наделал их побольше, и доставай из ящика по мере необходимости.
olartamonov
16.01.2017 13:07+1Ну, на наши задачи таких дросселей маловато будет :)
TPS61030 — вот это годная игрушка, с ключами на 4 А.melchermax
16.01.2017 13:22Ну, давайте сравним: 63000 имеет ключи на 3 А, 63030 — на 4 А, на 30% больше. Соответственно, и в даташитах: у 63000 обещают 800 мА на 5 В, у 63030 — 1 А на тех же 5 В. А индуктивность дросселя у 63030 6,8 мкГн против 2,2 мкГн у 63000. Преимущество 63030 в том, что он обещает 1 А на 5 В уже начиная с 1,8 В… Возникает вопрос: эти какие такие батареи отдадут 2,7 А среднего тока (теоретически, до 4 А в пике) при 1,8 В?
olartamonov
16.01.2017 13:54TPS63000 имеет ключи на 1800 мА.
melchermax
16.01.2017 14:55Это средний ток указан (average) у 63030 средний вообще 1 А, но частота выше.
Alexeyslav
17.01.2017 10:38Какие-нибудь батареи типоразмера D, или старые советские аккумуляторы серии НКГЦ ёмкостью по 30А*ч
melchermax
17.01.2017 15:08Ну так там и размерчики… Можно и правда что-то с внешними полевиками сваять, на габаритах устройства это скажется мало :)
melchermax
16.01.2017 11:05+1Себестоимость высокая, платы по полтора евро (изотовлены в Берлине, поэтому дорого), микрухи по два евро, вот уже три с половиной… Рассыпухи ещё на пару евро, тут уже пять с гаком. Дороговато. Конечно, если делать от 1000 штук, получится дешевле, но там и машинную пайку надо заказывать. Насчёт Алиэкспресса — да пусть делают, для этого и самая свободная лицензия на свете :)
serafims
16.01.2017 10:44Всегда было интересно, почему модули подобные никто не подгоняет под что-то типа SIP-корпуса — все контакты в один ряд на одном краю платы — тогда можно было бы припаять угловую гребенку и компактно впаять в свою плату…
melchermax
16.01.2017 11:09Это интересная мысль, до сих пор она не приходила мне в голову.
olartamonov
16.01.2017 13:12+2
Но это, скажем так, несколько более другая задача — «бесперебойник» на 5В на двух Ni-MH, с зарядкой, контролем глубины разряда и т.п. У вас покомпактнее получится :)melchermax
16.01.2017 13:47Вообше-то, у меня давно уже запланирован универсальный настраиваемый модуль защиты и зарядки аккумуляторов, да вот никак руки не дойдут.
Contriver
16.01.2017 10:51… на этом фото мои пайки выглядят особенно отвратительно…
Это посадочные места компонентов кривые-слишком большого размера, не те библиотеки
А китайский подделка под TPS63000 это «просто прелесть» то не заводится, то перегревается, то самовозбуждение прёт!
Керамические многослойные конденсаторы могут терять до 70% ёмкости при нагреве .., а особенно от напряжения поэтому их лучше брать с 3-4 кратным запасом от рабочего напряжения в схеме.melchermax
16.01.2017 10:56Нет, посадочные места такие большие намеренно, это вариант библиотеки для ручной пайки. Микросхемы я заказывал у производителя, они точно нормальняе. Про потерю ёмкости при нагреве я написал, тут помогает больший типоразмер, а не номинальное напряжение. n
Contriver
16.01.2017 11:08И от напряжения тоже, ходить недалёко https://geektimes.ru/post/263366/ Рисунок 1. Изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения для выбранных конденсаторов.
В моих промышленных проектах, обычно такие здоровые если только если под пайку волной, а в ручную и на стандартной посадочном месте всё и так пропаивается.melchermax
16.01.2017 11:57Ссылка не работает, Вы не могли бы её подправить?
А места на плате достаточно, почему бы не сделать площадки побольше?
radiobam
16.01.2017 11:11+3У схемы есть серьезный на мой взгляд недостаток: обратная связь по выходному напряжению U1/10 приходит с подвижного контакта подстроечного резистора RV1, имеется печальный опыт эксплуатации подобных схем. От механических вибраций, окисления контакта, пропадает контакт, соответсвенно мсх «видит» что выходное напряжение = 0, и пытается увеличить его максимально. Часто последствия этого для нагрузки печальны.
Обычно переменный резистор ставят в нижнее «плечо» делителя, если контакт в такой схеме «пропадает» то выходное напряжение уменьшается, что обычно менее опасно для потребителей.melchermax
16.01.2017 11:19+1У меня такого опыта не было, до сих пор всё работает как надо (другие проекты тоже). Но обдумать этот вопрос надо.
Alexeyslav
16.01.2017 11:36Есть один ньюанс… одного источника питания мало, он должен быть ещё и управляемым. При питании от батарей важно иметь возможность отключаться и включаться со стороны запитываемого устройства, чтобы не потреблять энергию с батареи когда это не нужно — например во время ожидания «будильника» от RTC. Или выключить запитанный прибор по истечению времени бездействия, по сигналу от запитываемой схемы.
Наверняка у преобразователя есть вход разрешения работы. Его бы тоже вывести наружу, с опциональной перемычкой.GennPen
16.01.2017 11:43Наверняка у преобразователя есть вход разрешения работы.
Pin EN Enable input (1 enabled, 0 disabled)
melchermax
16.01.2017 12:00У меня все устройства отключаются от аккумуляторов механическими переключателями, ибо нефиг. Но реализовать электронное включение можно, микросхема позволяет.
olartamonov
16.01.2017 12:47Механический выключатель — это здорово, но реализовать на нём простейшую защиту от глубокого разряда аккумулятора будет проблематично.
melchermax
16.01.2017 13:09Защиту аккумулятора пусть китайский модуль на TP4156 делает, у него работа такая. Заодно и зарядит, и от козы спасёт.
olartamonov
16.01.2017 13:18а) любого аккумулятора и любой батареи, которые сюда можно подключить, независимо от химии? Какой хороший модуль!
б) отрубание аккумулятора по переразряду для остального устройства должно стать приятным сюрпризом?melchermax
16.01.2017 13:31a) чтобы подключать любой аккумулятор и батарею без специфической платы зарядки и защиты, надо какую-то универсальную плату для этих целей ставить… Это не задача стабилизатора питания.
b) При чём тут стабилизатор питания?olartamonov
16.01.2017 14:04+1а) а зачем вам городить отдельный ключ на MOSFET для отключения батарейки от стабилизатора, если можно просто выключать стабилизатор?
б) затем, что если у вас есть, например, дальше микроконтроллер, то вы заводите ему на АЦП напряжение с батарейки, измеряете его, увидев нижний предел, говорите в прошивке «ой, всё!», завершаете текущие дела и снимаете EN со стабилизатора. А если у вас китайский модуль, который что-то там внутри себя думает, то ваша прошивка может лишь гадать, когда он решит рубануть питание.
Ну или вот на моей картинке выше, например, при падении напряжения батареек ниже порога сначала будет снят сигнал Battery Good, идущий из модуля наружу, а через минуту — выключен DC/DC.melchermax
16.01.2017 14:43Я хотел маленький и простой модуль для питания от батареек различных поделок, не более того. Моя идея в том, чтобы наделать всяких модулей, каждый для одной задачи, а потом собирать их, как конструктор. Принцип ардуины, только в иной плоскости.
jyura
16.01.2017 11:36А если нужно больше мощности, что делать? Подключение параллельно двоих таких плат увеличит выходную мощность в два раза, или не сработает?
melchermax
16.01.2017 11:39Сработает, но нужно очень точно выставить напряжение на выходах, чтобы нагрузк распределялась одинаково.
jyura
16.01.2017 11:51Значит тогда, если я поставлю резисторы RV1 и R2 в единственном екземпляре с двома выводами на кождый FB вход микросхем, регулировка будет идентической на обоих параллельно подключенных модулях?
melchermax
16.01.2017 12:02Ну, в первом приближении, если микросхемы из одной партии — да, можно так сделать. Если не секрет, что Вы хотите запитатъ?
GennPen
16.01.2017 11:51С параллельным подключением не все так просто как кажется. В любом случае (особенно с импульсными преобразователями) на одном из них будет больше напряжение и по сути в один момент времени будет работать только один из них.
melchermax
16.01.2017 13:10Нет, всё не так плохо, там же сглаживающие конденсаторы стоят.
olartamonov
16.01.2017 13:20При чём тут конденсаторы?
Пока нагрузка ниже допустимой для одиночного преобразователя, работать будет тот, у которого номинальное выходное напряжение случилось большим. Когда нагрузка превысит допустимую — у него включится ограничения тока, он просядет, запустится второй преобразователь.melchermax
16.01.2017 13:24Ну, так у них же одиаковое выходное напряжение будет выставлено… Конечно, некоторый дисбаланс нагружки будет, но это не критично при таких малых токах и напряжениях.
olartamonov
16.01.2017 14:05Это два электрона могут быть одинаковыми, если у них квантовые числа совпадают, а напряжение на выходе двух DC/DC всегда разное.
GennPen
16.01.2017 13:40Чаще идет защита по току с отключением. Первый отключается от перегрузки, вся нагрузка идет на второй, который затем тоже отключается от перегрузки.
melchermax
16.01.2017 13:45В случае с 63000 это не так. При перегрузке выходное напряжение плавно снижается, тут-то и поможет второй. Их даже можно отбалансировать по температуре чипа под нагрузкой.
GennPen
16.01.2017 14:00Правильней было бы ставить операционник на второй модуль для сравнения разности напряжения между двумя модулями а выход с него пускать на FB преобразователя.
VT100
16.01.2017 11:46+1Плохая идея. Лучше взять более мощные ИМС и дроссель.
jyura
16.01.2017 11:52В более мощных микросхемах нижний порог входного напряжения выше, а мне нужен такой как здесь.
VT100
16.01.2017 13:44Предполагаю, TPS43000 с внешними ключами. От 1.8 до 9 Вольт.
P.S. О параллельном соединении. Два источника напряжения (E1, E2) с внутренними сопротивлениями (Rвн1, Rвн2) работают на нагрузку (Rн):
Uн = Rн * (Rвн2*E1 + Rвн1*E2) / (Rвн1*Rвн2 + Rн*(Rвн1+Rвн2));
I1 = (E1 — Rн) / Rвн1;
I2 = (E2 — Rн) / Rвн2.
Беря номинальное выходное 3.3 В с разбалансом ЭДС в 0.1% (3,303 и 3,297 В, соответственно), внутреннее сопротивление 0.017 Ом (если я правильно проинтерпретировал параметр «load regulation = 0.5%» из документации на TPS63000) и сопротивление нагрузки 1 Ом — получим разбаланс токов от преобразователей 27.8%. А при сопротивлении нагрузки 3.3 Ом — аж 234%.melchermax
16.01.2017 14:26Я смотрю на это дело гораздо проще: разброс регулировки 0,5% на пяти вольт даёт 25 мВ, изменение выходного напряжения в этих пределах рост и спад на 25 мВ и менее не отслеживается обратной связью, соответственно, разброс выходного напряжения в 25 мВ вообще никак на повлияет на работу спаренного преобразователя. К примеру, мы имеем нагрузку 1,4 А при 5 В, соответственно напряжение может быть в пределах плюс-минус 0,5%, те есть от 4,075 до 5,025 В. Теперь осталось отрегулировать обратную связъ так, чтобы входные токи обоих конвертеров были равными (в пределах 50 мВ регулировка не так уз и сложна), и счастье достигнуто. Или можно плюнуть на асимметрию токов, и оставить один преобразователь лопатитъ по — полной, а второй оставить на подхвате: при повышении тока выше номинального значения 63000 плавно снижает выходное напряжение. Ни разу не проблема.
VT100
16.01.2017 15:08Как хотите.
Делаю последний выстрел через плечо стремительно скрываясь в зарослях:
1. Вбивая в тот-же эксель, которым сосчитал предыдущее, — получаю (Rвн возросло до 0.025 Ом, Rн = 3.56 Ом) для источников напряжения (а не фактических конвертеров) токи 1,2 и 0,2 А соответственно (один в плюс на 0.25%, другой — в минус).
2.Теперь осталось отрегулировать обратную связъ так, чтобы входные токи обоих конвертеров были равными (в пределах 50 мВ регулировка не так уз и сложна)
Но нестабильна (подстроечник) и мы возвращаемся к началу. Зачем городить две платы (200% затрат и пр.), если можно взять более мощную ИМС (условно — 130..150% и без лишних забот).
AVX
16.01.2017 11:39+1Полностью согласен. Кстати переменный резистор особо и не нужен, удобнее, надежнее и дешевле будет сделать несколько резисторов для выбора из фиксированного набора напряжений, скажем, запайкой перемычки в нужном месте.
melchermax
16.01.2017 11:48+1Кстати переменный резистор особо и не нужен, удобнее, надежнее и дешевле будет сделать несколько резисторов для выбора из фиксированного набора напряжений, скажем, запайкой перемычки в нужном месте.
Мне лично удобнее крутитъ подстроечник, чем паять перемычки (надо ещё и помнить, какое напряжение где). Надёжность — дело спорное. Если принять во внимание, что постоянные резисторы тоже могут терять контакт, а большее число точек пайки тоже надёжность не увеличивает. И да, если бы я хотел иметь пробразователь с фиксированным напряжением, я купил бы его на Алиэкспресс :)
tvi
16.01.2017 11:39Для компактного решения слишком рыхлая разводка. пин Sync можно вывести наружу, и подтянуть его через резистор, а не закорачивать — тогда появится фича синхронизации преобразователей.
melchermax
16.01.2017 11:42Сделать плату в два раза меньше можно легко, но тогда она будет перегреватся, эта микросхема охлаждается через теплоотводящую площадку на брюшке, припаянную к медным полигонам. Насчёт отдельного конакта для синхронизации — а зачем?
olartamonov
16.01.2017 13:02Для параллельного соединения двух DC/DC. Их в противофазе запускают, чтобы удвоить эффективную частоту и уменьшить пульсации.
melchermax
16.01.2017 13:39У 63000 частота преобразования около 1 МГц. Для любительского применения, я думаю, достаточно и стандартной схемы включения.
VT100
16.01.2017 11:43Я пользуюсь самым примитивным методом (чёрт возьми, я просто уверен, что для это есть специальные формулы!) ...
Конечно есть. Например — можно проштудировать документ «AN-1246 Stresses in Wide Input DC-DC Converters». В частности — нормированные графики на рис. 1 и таблицу 1 на стр. 3. Единственно, несмотря на сходство названий, — надо рассматривать именно колонки Buck (понижающий преобразователь) и Boost (повышающий), а не Buck-Boost (инвертирующий).
Ranckont
16.01.2017 12:12К такому конвертеру не хватает ещё, дополнительное питание на 220V и переключение в случае пропадание на батарейку
melchermax
16.01.2017 12:20Вообще-то, этот модуль и нужен-то только для батарейного питания. Если делать совсем просто: подключаем эту плату к контроллеру аккумулятора на TP4056, и готово.
skoptsev
16.01.2017 12:27Позновательная статья, спасибо за разработку и желание делится. Но пайка конечно страдает, на фото создается впечатление, что часть конденсаторов одним выводом вообще не припаяны.
melchermax
16.01.2017 12:39Да нет, там, где кажется, что не припаяно, это припаяно на бессвинцовую паяльную пасту. Гадости большей, чем эта, я ещё не видел.
skoptsev
16.01.2017 13:29RoHS еще то благо человечества, электронного мусора стало в разы больше, так как все стало чаще ломаться.
murz85
16.01.2017 12:51+1Сначала удивился столь высокому КПД, но открыв даташит, успокоился: при потреблении в десятки-сотни милиампер КПД будет 80-85% в среднем. 95- это теоретический предел.
melchermax
16.01.2017 12:57Всё просто: транзисторы ключей TPS63000 имеют сопротивление 0,1 Ом. Зная выходной ток и напряжения на входе и выходе, можно рассчитать средний ток и потери на этих сопротивлениях, а от этого посчитать КПД, добавив потери на активном сопротивлении в дросселе и ещё 2-3 процента (на управляющие цепи, и т.д.)
AVX
16.01.2017 22:540.1 — это 100 миллиОм. А это — многовато. Для низких напряжений и токов оно вполне нормально. Но уже при 3А потери почти 1Вт. Не сравнивали случайно со схемами в более-менее современных ноутбуках (по кпд и другим параметрам)? Например, популярная связка RT8202A + 7030AL (2шт). Параметры транзисторов поражают. Тут правда на другие диапазоны напряжений, но всё же.
melchermax
16.01.2017 23:01Да, это крайне много. Я думаю, это обусловлено технологическими трудностями из-за низкого входного напряжения. Я искал долго и тщательно, но лучшего кандидата найти не смог.
PKav
16.01.2017 16:17А как у этой сборки с ЭМИ? Мне кажется, такая высокая частота может здорово мешать, например, GPS-приёмникам.
olartamonov
16.01.2017 16:46+2Сейчас есть чипы с радио и DC/DC на одном кристалле — например, TI CC1310. Ничо, на радио оно напрямую не влияет, только через неправильную разводку «земли» (хотя это, конечно, отдельная шутка: все стремятся радиомодуль сделать компактнее и дешевле, а оба пункта правильной разводке «земли» отнюдь не помогают).
Ну а конкретно GPS — там и так компьютер целый в одной коробке с приёмником, ему снаружи чем-то помешать уже трудно.PKav
16.01.2017 16:51Я непосредственно об антенне. Приемники часто совмещены с керамической патч-антенной. Если рядом будет такой регулятор с дросселем, не будет ли он наводить на антенну помехи?
GennPen
16.01.2017 17:24На антенну вряд ли, в эфире и без этого полно помех. А вот по питанию при неправильной разводке земли — вполне может, поэтому после импульсных преобразователей нужно ставить LC фильтр, чтобы отфильтровать высокочастотные помехи.
melchermax
16.01.2017 16:23У меня нет возможности замерить ЭМИ на ВЧ, но ни УМЗЧ, ни смартфон, ни bluetooth модуль не показали каких-либо признаков помех при приложении модуля к корпусу.
Psychosynthesis
17.01.2017 00:54По моему классная штука. Почти то что я давно искал. Разве что мощности на пару Вт бы побольше, было бы совсем прекрасно, но в общем и так неплохо. Заберу к себе на сайт, с сохранением авторства, конечно.
melchermax
17.01.2017 00:59Почти то что я давно искал
Так я же в заголовке и написал, что «почти универсальный» :)
BurlakovSG
17.01.2017 16:38Подскажите, пожалуйста, для TPS63031 схема будет такая же, только не нужны будут резисторы обратной связи R2 и RV1, а просто выход подключить на FB? Как паяли эту мелюзгу? Заказал сэмплы TPS63031. Вот тоже хочу платку сделать. Вы плату лаком не покрывали, а то человек, который использует эти микросхемы советовал покрывать лаком, т.к. частота большая и может плохо работать без изоляции.
GennPen
17.01.2017 16:56http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps63031.pdf
Да, FB подключается на VOUT, еще R1 нужно исключить.BurlakovSG
17.01.2017 17:03Про стабильность без изоляции (покрытия лаком) расскажите. Стабильно работает при различных температурах? Помехи на выходе сильные?
Ещё мне не понятно если на EN не подавать питание, то на выходе преобразователя будет 0 или там будет входное напряжение?melchermax
17.01.2017 17:58+1На этих частотах покрытие платы на стабильность не влияет, зелёный лак на плате в основном нужен для упрощения пайки SMD. У 63031 резистор стоит внутри, поэтому R1 не нужен, на этих выводах будет напряжение как минимум больше половины входного. У меня эти конверторы хранятся в подвале, там очень сырой воздух… никаких проблем. Самое важное для стабилности — хороший теплоотвод через контакт на «брюшке» микросхемы, без этого никуда.
melchermax
17.01.2017 18:06Про помехи я писал в публикации, а температура любая, но при жаре без должной вентиляции в тяжёлых режимах возможен перегрев и отключение (платка-то маленькая)
GennPen
17.01.2017 18:10Если на EN идет питание (подключено к VINA) то преобразователь работает, если 0 — отключается.
BurlakovSG
17.01.2017 18:16Отключается преобразователь — это понятно, а на выходе что будет — 0? Я просто не пойму зачем в примерах схем от TI используют переключатели питания, который управляется таймером (им же управляется DC-DC). Почему в таком случае просто таймером не отключать DC-DC и всё, зачем ещё один элемент — переключатель питания?
melchermax
17.01.2017 18:19О каких примерах речь?
BurlakovSG
18.01.2017 10:55
Или это не касается TPS63031?melchermax
18.01.2017 11:00+1Пунктирная линия от системного таймера к пребразователю — это управление преобразователем через соответстветствующий вход. Пунктирная потому, что соединение необязательное.
BurlakovSG
18.01.2017 11:05Вырезка из описания: «В режиме сна все микросхемы, за исключением таймера и DC/DC-преобразователя, отключены от напряжения питания. При этом преобразователь находится в спящем режиме и всего лишь транслирует напряжение батарейки VBAT, от которой и происходит питание таймера. Таймер управляет работой DC/DC и силового ключа. В данном режиме силовой ключ разомкнут, а контроллер и датчик температуры физически отключены от питания и ничего не потребляют.»
Т.е. получается, когда на EN идёт 0, то на выходе у преобразователя напряжение равное входному напряжению.melchermax
18.01.2017 11:52+1У 63000 нет байпаса (bypass), он не может передать вход на выход. То есть, если на входе EN логический ноль, на выходе 63000 тоже ноль. Разные это микрухи, сильно разные.
melchermax
17.01.2017 17:25+1Да, у 63001 обратная связь подключается напрямую к выходу. По моей схеме: исключить можно только подстроечный резистор RV1 и резисторы R2 и R1. Паял, как всегда паяют СМД: наносил на соответствующие контактные площадки платы паяльную пасту (это не флюс, а смесь припоя с флюсом в виде пасты, самому сделать не вариант), аккуратно накладывал сверху микросхему и грел феном (я использовал строительный, но лучше взять паяльный для SMD:)). Когда паста расплавится, всё припаяется. Тут есть одна хитрость: поскольку нанести пасту на каждую тоненькую боковую контактную площадку вручную невозможно, надо применить хитрость и физику. Сначала наносим пасту на самую большую площадку в середине и «приклеиваем» на неё микросхему, потом подкладываем колбаску пасты к корпусу микросхемы там, где выводы, и греем. Припой, расплавившись, сам «найдёт» дорожки, а излишки можно убрать обычным паяльником. Так делаю я. Это, скорее всего, неправильно, но работает :).
BurlakovSG
17.01.2017 17:57Спасибо за дельный совет. А можете ответить на мои вопросы выше (промахнулся).
AVX
18.01.2017 12:50Такие микросхемы паяются обычной паяльной станцией (феном) типа Lukey702. Достаточно залудить тонким слоем дорожки на плате, нанести флюс, разогреть и приложить микросхемку — она сама найдёт своё место, иногда приходится чуть подтолкнуть зубочисткой, если криво встала. А потом под лупой проконтролировать, и можно паяльником тонким жалом пройтись по периметру.
P.S. lifehack — чтобы не переплачивать за платы, можно сделать на одном текстолите множество таких рисунков, а распилить потом самому. А то китайцы, например, берут одинаковую цену за платы хоть маленькие, хоть большие (до определённого предела).melchermax
18.01.2017 14:02Зубочисткой подтолкнуть может не получиться, там слишком маленькие расстояния между выводами. Чтобы микросхема сама отцентрировалась на площадках, нужно очень хороший свинцовосодержащий припой и относительно высокотемпературный нейтральный флюс. Я пробовал по Вашей методике, с залуживанием контактов без паяльной пасты, мне не понравилось. Там, где я заказываю, берут только за суммарную площадь плат, т.е. фрезеровка на конечную цену не влияет (скорее всего, заложена какая-то паушальная цена на каждый кв. см.)
AVX
18.01.2017 18:38+1Всё получится. Нормальные расстояния. Те же sy8202bqnc, rt8202a (тут даже выводов 16шт по периметру!) — 3x3мм, я их обычно вполне нормально паяю. Флюс fluxplus (6-412-a), припой — не знаю какой, но больше похож на свинцовый (около 260-280 градусов плавится), обычный китайский моток 200гр. около 0,5мм в диаметре проволока.
При наличии флюса можно чуть ли не все разом выводы припаять на одной стороне, и они не слипнутся между собой (флюс не даст).
av0000
Мой вариант: не нужны в самодельных устройствах, где разводится плата.
Ибо у китайцев подобных модулей по 40-100р за штуку — вагон. Для прототипа и ардуино-строения достаточно, а уж если разводить плату, то проще стаб на неё добавить.
ЗЫ: кстати, не помешала бы защита от переполюсовки (MOSFET) и перенапряжения (я ставлю варистор, но тут возможны варианты...)
ЗЫЫ: ну и ожидал чего-то хотя бы до 12В… Не говоря уж про 10-265 %)