Мощный понижающий DC-DC преобразователь 5 В/7 А с широким диапазоном входного напряжения

Rajkumar Sharma

electronics-lab.com

В статье мы рассмотрим конструкцию модуля, представляющего собой мощный неизолированный понижающий DC-DC преобразователь с выходным напряжением 5 В и выходным током до 7 А (Рисунок 1).

Основные отличительные характеристики преобразователя:

  • Широкий диапазон входного напряжения 7 В – 50 В;
  • Выходное напряжение 5 В, выходной ток до 7 А;
  • Защита по перегреву;
  • Рабочая частота преобразователя 250 кГц;
  • Размеры платы: 45.04 мм × 22.82 мм;
Модуль мощного понижающего DC-DC преобразователя 5 В/7 А на микросхеме LM5116
Рисунок 1. Модуль мощного понижающего DC-DC преобразователя 5 В/7 А
на микросхеме LM5116.

Основой преобразователя выступает микросхема Texas Instruments LM5116, которая представляет собой интегральный DC-DC преобразователь, предназначенный для применения в системах с высоким напряжением питания или с меняющимся в широком диапазоне напряжением питания, например в  автомобильной технике, автомобильных USB адаптерах, промышленных драйверах электродвигателей постоянного тока. Принципиальная схема преобразователя изображена на Рисунке 2.

Принципиальная схема DC-DC преобразователя с выходным напряжением 5 В и выходным током до 7 А.
Рисунок 1. Принципиальная схема DC-DC преобразователя с выходным напряжением 5 В и
выходным током до 7 А.

Кроме того, конструкция включает в себя мощнай дроссель и два N-канальных MOSFET. Отличительной особенностью интегрального преобразователя LM5116 является возможность работы как со стандартными полевыми транзисторами (MOSFET), так и с полевыми транзисторами с логическими уровнями управления (logic level MOSFET). Преобразователь работает на частоте 250 кГц.

Принцип работы преобразователя основан на управлении по току дросселя с применением эмуляции линейного изменения тока. Токовый режим работы обеспечивает связанное линейное регулирование, пошаговое ограничение тока, простоту реализации цепи обратной связи. Использование метода эмуляции линейного изменения тока снижает чувствительность схемы к шуму ШИМ, обеспечивая надежное управление с очень маленькой скважностью, что необходимо в приложениях с высоким входным напряжением.

Резистор R5 и конденсатор С9 образуют снабберную цепь и в данном случае не используются. Конденсатор С7 в цепи установки блокировки при снижении напряжения питания предназначен для реализации режима кратковременного ограничения тока и в данной схеме не используется.

Рабочая частота преобразователя программируется в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц. Микросхема LM5116 управляет внешними MOSFET верхнего и нижнего плеча с адаптивной регулировкой длительности задержки между сигналами открытия транзисторов (длительность мертвого времени). Выбранный пользователем режим эмуляции диода (режим принудительной ШИМ) обеспечивает прерывистый режим работы с целью повышения эффективности в условиях малой нагрузки. Система блокировки при низком токе холостого хода отключает контроллер, и его потребление снижается до уровня менее 10 мкА.

Дополнительные функции контроллера LM5116 включают в себя высоковольтный регулятор смещения, автоматическое переключение на внешнее смещение для повышения эффективности, схему тепловой защиты, синхронизацию частоты, пошаговое ограничение тока и регулируемую блокировку при пониженном напряжении.

Микросхема LM5116 выпускается в 20-выводном корпусе HTSSOP с дополнительной теплоотводящей контактной площадкой.

Внешний вид платы с установленными элементами изображен на Рисунке 3. Список компонентов приведен в Таблице 1. Расположение элементов и подключение модуля преобразователя представлено на Рисунке 4. Рисунок печатной платы и Gerber-файлы для производства печатной платы доступны для скачивания в разделе загрузок.

Таблица 1. Список примененных компонентов.
Обозначение в схеме Количество Описание, корпус
CN1 1 4-контактный разъем
CN2 1 4-контактный разъем
C1 1 1 мкФ 100 В, SMD 1210
R5, C7, C9 3 не используются
C10, C11, C13, C14, C15 5 100 мкФ 10 В, SMD 1210
C12 1 270 пФ, SMD 0805
C16 1 3300 пФ, SMD 0805
C17 1 100 пФ, SMD 0805
C18 1 0.01 мкФ, SMD 0805
D1 1 Диод Шоттки SS34, SMD
L1 1 6 мкГн 10 А, тороидальный сердечник
Q1 1 IRLR024N, SMD DPAK
Q2 1 IRLR024N, SMD DPAK
R1 1 102 кОм, 1%, SMD 0805
R2 1 1 МОм, SMD0805
R3 1 21 кОм, 1%, SMD0805
R4 1 12.4 кОм, 1%, SMD0805
R6 1 0.01 Ом, 1%, SMD 2512
R7, R12 2 0 Ом, SMD 0805
R8 1 3.74 кОм, 1%, SMD 0805
R9 1 10 кОм, 1%, SMD 0805
R10 1 1.21 кОм, 1%, SMD 0805
R11 1 18 кОм, SMD 0805
U1 1 LM5116, SMD
C5, C6, C8 3 1 мкФ 25 В, SMD 0805
C3, C4 2 10 мкФ 100 В, SMD 1210
C2 1 0.1 мкФ 100 В, SMD 0805
 
Внешний вид печатной платы преобразователя с установленными компонентами.
Внешний вид печатной платы преобразователя с установленными компонентами.
Рисунок 3. Внешний вид печатной платы преобразователя
с установленными компонентами.
 
Расположение элементов на плате и подключение преобразователя.
Рисунок 4. Расположение элементов на плате и подключение преобразователя.

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 1320
сейчас смотрят 17
представлено поставщиков 579
загружено
позиций
25 067 862