طراحی و ساخت منبع تغذیه سوییچینگ DC-DC با رگولاتور LM2576
4.4 (88.57%) 7 votes

۴٫۴ (۸۸٫۵۷%) ۷ votes

 

طراحی و ساخت منبع تغذیه سوییچینگ DC-DC با رگولاتور LM2576

همان طور که در پست معرفی منبع تغذیه سوئیچینگ به بررسی مزایای منابع تغذیه سوییچینگ پرداختیم، در این قسمت می خواهیم با استفاده از آی سی های رگولاتور سوئیچینگ یک منبع تغذیه مبدل DC به DC کاهنده (Step Down) با توپولوژی Buck با ورودی ۱۲ ولت و خروجی ۳٫۳ ولتِ ۲ آمپر برای یک میکرو کنترلر طراحی کنیم. معمولا میکروکنترلرهای ARM و سری ATXMEGA اِی وی آر شرکت Atmel احتیاج به تغذیه ۳٫۳ ولتی دارند. شمای کلی یک مدار Buck Converter به شکل زیر است.

buck-converter

در این شکل یک Buck Converter همراه با سیستم کنترلی آن (Block Diagram هایی مثل H(s) و Gc(s)) نمایش داده شده است. آی سی های کنترلر سوئیچینگ مختلفی در بازار برای کنترل یک منبع تغذیه سوئیچینگ موجود است. اولین نوع از این آی سی ها، آی سی هایی هستند که تنها دارای قسمت های کنترلی و PWM هستند مانند آی سی UC3843. نوع دیگری از این آی سی ها به جز سیستم کنترلی دارای ماسفت داخلی نیز هستند که به اصطلاح به آنها Integrated Switch گفته می شود مانند آی سی LM2576 و LM2596. آی سی های integrated دیگری هم در بازار جهانی وجود دارد که به جز سیستم کنترلی و سوییچینگ دارای سلف داخلی هم هستند، مانند آی سی TPS82130 با خروجی ۳ آمپر و Package بسیار کوچک ۸uSiP که دارای طول و عرض ۳×۲٫۸ میلی متر می باشد!

آموزش تعمیر منبع تغذیه سوئیچینگ

برای طراحی یک منبع سوییچینگ با مشخصات ارائه داده شده بهتر است از آی سی LM2576 Adjustable استفاده کنیم، به دلیل اینکه که در بازار ایران موجود بوده و جوابگوی نیاز های مداریمان نیز می باشد. یکی از دلایل دیگر انتخاب آی سی LM2576 Adjustable قابل تنظیم بودن ولتاژ خروجی آن است.

lm2576

در شکل بالا نمای کلی مدار کاربردی LM2576 Adjustable قابل مشاهده است. برای تکمیل مدار ابتدا باید مقادیر L1 , Cin , D1 , Cout , R1 ,R2 را محاسبه کنیم.

ابتدا می خواهیم مقادیر فیدبک ولتاژ خروجی با استفاده از R1 و R2 را به دست آوریم. ولتاژ خروجی برابر ۳٫۳ ولت می باشد و همچنین ولتاژ مرجع آی سی LM2576 Adjustable هم ۱٫۲۳ ولت است. پس باید این دو مقاومت طوری مقادیرشان انتخاب شود که با ولتاژ ۳٫۳ ولت یک خروجی ۱٫۲۳ ولت به پایه Feedback آی سی بدهد. با تعیین مقدار R1 برابر ۲k اهم و استفاده از فرمول زیر:

resistor-formula

R2 برابر ۳٫۳k اهم می شود.

برای به دست آوردن مقدار L1 از فرمول زیر استفاده می کنیم (لازم به ذکر است فرکانس سوییچینگ آی سی LM2576 برابر ۵۲kHz است پس به جای F مقدار ۵۲ را قرار می دهیم):

l1

با قرار دادن مقادیر در فرمول بالا مقدار  E.T برابر ۴۶ می شود با فرض اینکه حداکثر جریان خروجی این رگولاتور سوییچینگ ۲ آمپر می باشد مقدار حداکثر جریان خروجی و همچنین مقدار E.T را جهت بدست آوردن مقدار سلف خروجی در نمودار زیر ارزیابی می کنیم:

L1 curve

با توجه به نمودار بالا و مقادیر به دست آمده این مقادیر در ناحیه L100 قرار می گیرد(که با نقطه قرمز مشخص شده). نام این ناحیه ها کد سلف مورد نظر است. با استفاده از جدول زیر مقدار L1 را به دست می آوریم:

inductor-code-table

سلف با کد L100 دارای مقدار ۱۰۰ میکرو هانری است. لازم به ذکر است که سلف با مقدار ۱۰۰uH باید دارای حداکثر جریان دهی بیش از ۱٫۱۵xILoad باشد. که ILoad برابر ۲ آمپر است پس حداکثر جریان دهی سلف باید بیش از ۲٫۳ آمپر باشد.

برای محاسبه Cout از فرمول زیر استفاده می شود:

cout

با جایگذاری مقادیر، حداقل مقدار Cout برابر ۴۸۳uF است. هرچه ظزفیت Cout بزرگتر و مقدار  ESR خازن کمتر باشد، Voltage Ripple یا نوسان ولتاژ خروجی کمتر می شود. در نتیجه مقدار ظرفیت این خازن را ۱۰۰۰uF در نظر می گیریم و تلاش می کنیم از خازن های مرغوب با مقاومت سری حداقلی استفاده کنیم. ولتاژ این خازن هم باید بیشتر از ۱٫۵ برابر ولتاژ خروجی باشد که ولتاژ خازن را چیزی در حدود ۶ ولت در نظر می گیریم.

آموزش تعمیرات منابع تغذیه سوییچینگ

دیود D1 هم باید دارای حداکثر جریان عبوری ۱٫۲ برابر ILoad باشد که در این طراحی این مقدار را می توان ۳ آمپر در نظر گرفت. حداقل Vrrm یا ولتاژ شکست این دیود باید ۱٫۲۵ برابر ولتاژ ورودی Vin باشد. با این مشخصات دیود شاتکی ۱N5820 مناسب می باشد، چون هم افت ولتاژ کمی دارد و فرکانس سوییچینگ این رگولاتور هم به نسبت پایین است که نیازی به یک دیود سریع نیست.

مقدار Cin هم در حدود ۱۰۰uF در نظر می گیریم. برای محاسبه مقدار این خازن نیاز به فرمول خاصی نیست اما باید این خازن را در هنگام طراحی PCB نزدیک آی سی LM2576 قرار داد.

بعد از طراحی و ساخت این منبع تغذیه سوئیچینگ می توانیم این نوع رگولاتورهای سوئیچینگ را با رگولاتور خطی با همین مشخصات مداری مقایسه کنیم. در این مقایسه متوجه می شویم که در جریان خروجی ۲ آمپر، اتلاف توان رگولاتور سوییچینگ ناچیز است و حرارت کمی تولید می کند. اما یک رگولاتور خطی با جریان خروجی ۲ آمپر و ولتاژ ورودی ۱۲ و خروجی ۳٫۳ ولت توانی در حدود ۱۷ وات اتلاف می کند، که توان اتلافی این نوع رگولاتور در چنین جریانی بیشتر از توان خروجی آن است.

مازیار قنبری نژاد

دیدگاه کاربران ...

تعداد دیدگاه : 4

  1. توسط ابوالفضل

    جمله بندی مطلبتون بهم ریختس با هر مرورگری باز میکنم درست نمیشه
    فک کنم مشکل از سایت باشه

  2. توسط مجید

    سلام مرسی بابت مطالب عالیتون،تفاوت ۲۵۷۶،با۲۵۹۶ در چیه کدوم برای sim800,بهتره مرسی

  3. […] راه برای تغذیه این LED ها استفاده از منابع تغدیه سویچینگ است.این نوع از منابع تغذیه توانایی تولید جریان مورد […]

  4. […] می آید یک مولد سیگنال PWM کنترل شده است. در این بخش یک مدار سوییچینگ Buck که یک مدار کاهنده است را تشریح خواهیم […]

  5. لطفا قبل از ارسال سئوال یا دیدگاه سئوالات متداول را بخونید.
    جهت رفع سوالات و مشکلات خود از سیستم پشتیبانی سایت استفاده نمایید .
    دیدگاه ارسال شده توسط شما ، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
    دیدگاهی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با مطلب باشد منتشر نخواهد شد.

    دیدگاه خود را بیان کنید

جدیدترین محصولات