Trạm IC Buck converter DC 9-35V sang DC 5V 5A Đánh giá kiểm tra

Trạm IC Buck converter DC 9-35V sang DC 5V 5A Đánh giá kiểm tra

Hướng dẫn này cung cấp bài kiểm tra và đánh giá toàn diện về mô-đun bộ chuyển đổi buck DC-DC IC Station, giúp hạ điện áp đầu vào rộng từ 9-35V DC xuống đầu ra 5V cố định, ổn định, có khả năng cung cấp tới 5A (25W). Loại bộ chuyển đổi này rất cần thiết cho các dự án khi bạn cần nguồn 5V ổn định từ nguồn điện áp cao hơn, chẳng hạn như bộ pin hoặc hệ thống điện của xe. Bài đánh giá này sẽ đề cập đến thiết kế của mô-đun, hiệu suất dưới các điện áp đầu vào và tải khác nhau, cũng như các đặc tính nhiệt của nó, giúp bạn có cái nhìn rõ ràng về khả năng và hạn chế của mô-đun.

Mô-đun này là giải pháp thực tế cho nhiều dự án điện tử. Dưới đây là một số ý tưởng về cách bạn có thể sử dụng nó:

• Cấp nguồn cho Raspberry Pi hoặc Arduino từ pin 12V hoặc 24V trong dự án di động hoặc từ xa.
• Tạo trung tâm sạc USB tùy chỉnh cho bàn làm việc của bạn, được cấp nguồn từ một nguồn điện áp cao duy nhất.
• Xây dựng nguồn cung cấp 5V chuyên dụng cho dải đèn LED, cảm biến hoặc các mạch logic 5V khác trong hệ thống lớn hơn.
• Hạ điện áp 24V từ bảng điều khiển công nghiệp để cấp nguồn an toàn cho vi điều khiển và cảm biến.

Tổng quan về phần cứng

Bộ chuyển đổi DC-DC IC Station là mô-đun nhỏ gọn được thiết kế để chuyển đổi điện áp hiệu quả. Video tháo rời cho thấy các thành phần chính và vai trò của chúng trong hoạt động (trong video ở phút 00:44).

• Cổng đầu vào/đầu ra: Mô-đun có ba cổng: đầu vào dương (VIN+), cổng nối đất chung (GND) và đầu ra dương 5V (VOUT+).
• Bảo vệ đảo cực: Một diode Schottky (SS510) được đặt nối tiếp với đầu vào dương. Diode này chặn dòng điện nếu đảo cực đầu vào, bảo vệ phần còn lại của mạch khỏi hư hỏng. Nó được định mức 5A, đủ vì dòng điện đầu vào sẽ luôn thấp hơn dòng điện đầu ra do hạ điện áp.
• Cuộn cảm: Cuộn cảm 6,1 µH (ML33) được sử dụng để lưu trữ năng lượng trong cấu trúc bộ chuyển đổi buck. Nó được định mức xử lý tới 12,5A, cung cấp biên độ an toàn tốt.
• IC điều khiển PWM: Lõi của mô-đun là Texas Instruments TPS40057, bộ điều khiển buck đồng bộ đầu vào rộng (8-40V). Chip này quản lý việc chuyển mạch của MOSFET để điều chỉnh điện áp đầu ra.
• MOSFET công suất: Hai MOSFET Toshiba TPC8016H được sử dụng ở tầng đầu ra. Đây là các công tắc hiệu suất cao xử lý dòng điện chính. Chúng được định mức dòng máng 25A và công suất tiêu tán 45W mỗi cái, nghĩa là cả hai kết hợp rất phù hợp với định mức 5A của mô-đun.

Hướng dẫn đấu dây

Kết nối mô-đun rất đơn giản. Video minh họa rõ ràng các kết nối (trong video ở phút 04:19).

Kết nối nguồn DC của bạn (9-35V) vào cổng đầu vào và tải 5V của bạn vào cổng đầu ra.

• Đầu vào: Kết nối dây dương từ nguồn điện của bạn vào cổng "IN+" và dây âm vào cổng "GND".
• Đầu ra: Kết nối dây dương của tải 5V vào cổng "OUT+" và dây âm vào cổng "GND". Điểm nối đất chung giữa đầu vào và đầu ra.

Kiểm tra hiệu suất

Bài đánh giá đã tiến hành một loạt thử nghiệm để đánh giá hiệu suất của mô-đun trong các điều kiện khác nhau. Kết quả được tóm tắt dưới đây.

Điều chỉnh điện áp đầu ra (Không tải)

Thử nghiệm đầu tiên kiểm tra độ ổn định của điện áp đầu ra trên toàn dải điện áp đầu vào (trong video ở phút 04:39). Điện áp đầu vào được thay đổi từ 30V xuống 9V và đầu ra vẫn ổn định đáng kể ở mức 5,06V, chỉ sai lệch khoảng 1%.

Cũng được ghi nhận rằng mô-đun chỉ tạo ra đầu ra 5V ổn định khi đầu vào ít nhất là 9V, xác nhận thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Dưới mức này, đầu ra trở nên không ổn định.

Các thử nghiệm quan trọng nhất liên quan đến việc áp tải đầy đủ 5A vào đầu ra và đo độ sụt áp cũng như gợn sóng (trong video ở phút 07:02). Các thử nghiệm được tiến hành ở các điện áp đầu vào khác nhau.

• Ở đầu vào 30V: Điện áp chỉ sụt 20mV xuống 5,04V và gợn sóng đo được là 106mV.
• Ở đầu vào 24V: Sau khi chạy hai phút, độ sụt áp tương tự và gợn sóng khoảng 104mV.
• Ở đầu vào 15V: Độ sụt áp khoảng 60mV và gợn sóng là 94mV khi có tải và 78mV khi không tải.
• Ở đầu vào 12V: Đầu ra vẫn rất ổn định.
• Ở đầu vào 9V: Điện áp đầu ra duy trì ở mức 5V với tải 5A. Gợn sóng đo được là 66mV khi có tải và giảm xuống 54mV khi không tải.

Một phát hiện quan trọng là gợn sóng thấp hơn khi điện áp đầu vào gần với điện áp đầu ra. Mô-đun luôn duy trì điện áp đầu ra ổn định với độ sụt tối thiểu, ngay cả ở dòng điện định mức tối đa.

Hiệu suất nhiệt

Nhiệt độ của mô-đun được theo dõi trong các thử nghiệm tải (trong video ở phút 08:46). Các thành phần sinh nhiệt chính là hai MOSFET và cuộn cảm. Mô-đun nóng lên đáng kể, đặc biệt ở điện áp đầu vào cao hơn.

Ở đầu vào 30V với tải 5A, mô-đun trở nên rất nóng khi chạm vào. Người đánh giá lưu ý rằng ở 24V trở lên, mô-đun cần thông gió đầy đủ hoặc giảm dòng điện để đảm bảo độ tin cậy lâu dài.

Kết luận

Tóm lại, bộ chuyển đổi buck DC-DC IC Station hoạt động rất tốt trong vai trò dự kiến của nó (trong video ở phút 13:03). Nó cung cấp đầu ra 5V sạch và ổn định với độ sụt áp không đáng kể, ngay cả khi chịu tải đầy đủ 5A. Độ gợn sóng nằm trong giới hạn chấp nhận được đối với hầu hết các mạch logic kỹ thuật số. Điểm cần lưu ý chính là quản lý nhiệt; ở điện áp đầu vào cao hơn và tải tối đa, mô-đun có thể nóng khá nhiều, vì vậy bạn nên đảm bảo luồng không khí thích hợp trong vỏ máy hoặc giảm dòng điện đầu ra nếu cần thiết.

Chương của Video

• [00:00] Giới thiệu và tổng quan sản phẩm
• [00:44] Phân tích phần cứng và linh kiện của mô-đun
• [03:40] Thông tin nhà sản xuất và danh sách sản phẩm
• [04:19] Thiết lập kiểm tra và kiểm tra điều chỉnh điện áp đầu vào
• [07:02] Kiểm tra tải ở đầu vào 30V
• [08:27] Kiểm tra tải và kiểm tra nhiệt ở đầu vào 24V
• [09:57] Kiểm tra tải ở đầu vào 15V
• [11:13] Kiểm tra tải ở đầu vào 12V
• [11:42] Kiểm tra tải ở đầu vào tối thiểu 9V
• [13:03] Kết luận và suy nghĩ cuối cùng

Hình ảnh

IC-Station-Buck-converter-1

IC-Station-Buck-converter-1