Nous utilisons souvent des régulateurs linéaires dans nos conceptions. Ils sont simples et bon marché : vous placez la puce du régulateur elle-même sur la carte, ajoutez deux condensateurs et obtenez une tension. Les régulateurs linéaires sont bien sûr imparfaits – ils ne peuvent s’empêcher de gaspiller la différence de tension sous forme de chaleur, pour commencer, ce qui les exclut directement à des fins de courant élevé ou de conversions de différence de tension significatives, à moins que vous n’ayez un gros dissipateur thermique à portée de main. Ils ne peuvent pas non plus augmenter la tension, ce qui signifie que vous ne pouvez passer que de haut en bas, ce qui est un peu décevant.
Bien sûr, nous ne nous contentons pas de lever les mains en l’air si un régulateur linéaire ne répond pas à notre objectif. Les régulateurs à découpage ne présentent aucun de ces inconvénients, c’est pourquoi votre téléphone portable en possède à lui seul quelques dizaines. Ils sont bien plus efficaces et de haute technologie, capables de convertir une tension en une autre tout en perdant pratiquement aucune énergie en chaleur. Tout ce que vous avez à faire est de commuter un inducteur à une fréquence assez élevée !
Cependant, pour certains, changer de régulateur peut sembler un peu intimidant. Ils ont tendance à avoir des normes plus élevées en matière de disposition des cartes que les régulateurs linéaires, et ils ont besoin d’une inductance – parfois aussi de quelques composants supplémentaires. Les inducteurs seuls sont des composants quelque peu intimidants, avec un peu plus de paramètres que prévu, et vous pourriez être confus lorsque vous envisagez d’ajouter un régulateur à découpage à votre circuit.
Pas plus! Dans cet article, je vais vous donner les bases du régulateur à découpage, éliminer tout brouillard de guerre qui pourrait obscurcir votre vision et vous montrer avec quelle facilité vous pouvez obtenir quelques ampères à votre tension préférée chaque fois que vous en avez besoin.
Trouver vos favoris
Il existe des myriades de régulateurs à découpage que vous pouvez utiliser à de nombreuses fins différentes ! Par exemple, les régulateurs abaisseurs ne peuvent que diminuer la tension, les régulateurs élévateurs ne peuvent que l’augmenter, tandis que le abaisseur-boost peut faire les deux, vous permettant d’obtenir, disons, 12 V à partir d’un pack LiIon qui varie de 10 V à 14,4 V. Il existe deux manières de trouver des amis régulateurs de commutation : soit en obtenant les numéros de pièces des circuits de quelqu’un d’autre, soit en passant par Digikey/Mouser/etc et en consultant leurs offres.
Il existe des régulateurs à découpage pour la plupart des objectifs auxquels vous pouvez penser. Vous voulez convertir 12 V en quelques ampères de 5 V ou 3,3 V ? Vous avez une tonne d’options ici ! Vous voulez faire 5 V ou 3,3 V avec la tension LiIon ? Il existe un bon nombre de régulateurs dans ce but précis ! Un régulateur de consommation extrêmement faible qui produit 3,3 V pour votre ESP8266 à partir de deux piles AA ? Tu l’as eu! Et l’option la plus simple possible consiste à emprunter un circuit à une conception existante raisonnablement ouverte ou simplement visible publiquement.
Par exemple, il existe une tonne de cartes « DC-DC » différentes que vous pouvez trouver rapidement en ligne – rien que sur Aliexpress, il existe des dizaines de modèles populaires, et une bonne quantité de modèles plus obscurs également. Entrez simplement « abaisseur DC-DC 5 V », n’importe quelle configuration/tension de votre choix, trouvez quelques listes qui sont réellement exactes et voyez quelle puce ils utilisent. Pouvez-vous trouver la fiche technique? Pouvez-vous l’acheter facilement ? Certaines listes mentent sur les valeurs actuelles, alors la puce peut-elle réellement produire ce dont vous avez besoin ? Si c’est le cas, vous êtes prêt !
Bien sûr, à de nombreuses fins, vous pouvez réutiliser ces modules sans même vous soucier de rechercher vos propres conceptions. Cependant, le plus souvent, fabriquer votre propre circuit régulateur à découpage sera payant – à la fois en termes de prix, mais aussi en termes de stabilité de votre circuit ! Par exemple, un secret de polichinelle est que ces modules ont tendance à avoir des inductances mal adaptées, soit des pièces les moins chères possibles, soit simplement des valeurs mal calculées. Très souvent, il suffit de remplacer l’inducteur pour voir le courant de sortie monter en flèche, et voir également la puissance calorifique diminuer globalement !
Souvent, les circuits intégrés de régulateur à découpage utilisés sur ces modules sont également les puces les moins chères possibles, et il existe de meilleurs circuits intégrés disponibles pour à peine plus d’argent. Alors, allez visiter le sélecteur de pièces de régulateur à découpage de votre site Web de pièces préféré – Digikey/LCSC/Mouser ou autre. Indiquez les plages de tension d’entrée et de sortie souhaitées, le courant maximum avec une certaine marge de manœuvre, cochez « En stock », triez par prix et voyez jusqu’où vous pouvez obtenir moins de 1 $ !
Mes favoris personnels récemment sont quelques-uns. Le PAM2306 est un régulateur abaisseur à double rail de 3,3 V/1 A capable d’effectuer un cycle de service de 100 %, ce qui aide énormément lors de l’alimentation d’éléments à partir d’une batterie LiIon ou LiFePO4. L’AP63200 peut faire du 5 V ou 3,3 V à 2 A à partir de 30 V, ce qui est idéal pour mes manigances USB-PD ! Et, sur le front de l’Est, le SY8089 est un bon choix pour les rails généraux à basse tension. Avez-vous des régulateurs que vous recommanderiez à d’autres ? Partagez-les avec nous dans la section commentaires !
Vous avez trouvé une puce qui vous plaît ? Acclamations! L’écrasante majorité d’entre eux ont besoin d’un inducteur. Ne perdons pas de temps et apprenons-en davantage.
Rencontrez l’inducteur
Les inducteurs sont des bobines de fil fabriquées d’une certaine manière, capables de stocker une bonne quantité d’énergie électromagnétique dans de bonnes circonstances. Ils résistent également aux changements de courant en produisant une tension opposée. Quelqu’un de plus connaisseur en inducteurs que moi pourrait vous en dire beaucoup sur la façon dont les inducteurs sont vraiment cool, et ils sont absolument très cool ! Et, pour utiliser un régulateur à découpage, vous n’avez pas besoin d’en savoir beaucoup sur les inductances pour les utiliser. Ce que vous devez savoir, c’est qu’une puce de régulateur à découpage utilise ces caractéristiques pour convertir une tension en une autre, et qu’il n’y a que trois paramètres que vous devez vraiment suivre.
Le premier est l’inductance, généralement dans la plage uH (microHenry). La fiche technique de votre régulateur à découpage vous indiquera directement quelle valeur d’inductance convient le mieux, peut-être dans l’exemple de schéma ou dans la section « paramètres recommandés », ou elle vous donnera une formule pour calculer l’inductance dont vous avez besoin. Si cela ne vous donne aucun de ces deux éléments, examinez les valeurs que d’autres personnes utilisent avec cette puce, ou choisissez une puce différente. Le plus souvent, il existe d’autres puces de régulateur à découpage que vous pouvez utiliser tout aussi facilement et qui ont en fait de bonnes performances. feuilles de données.
Une autre valeur est le courant continu. Encore une fois, de nombreuses fiches techniques vous tiendront la main tout en vous guidant dans la sélection de l’inductance, et la fiche technique du PAM2306 que je montre ci-dessus vous indique que le courant continu est votre courant maximum plus le courant d’ondulation, et vous pouvez supposer que le courant d’ondulation est de 40 %. du courant maximum souhaité. Si vous voulez en être sûr, la fiche technique donne une formule pour calculer une valeur plus précise, mais généralement, les fiches techniques que j’ai vérifiées vous disent d’ajouter 40 à 50 %. Ainsi, si vous choisissez que le courant continu de l’inductance soit 1,5 fois supérieur au courant maximum souhaité, vous ne vous tromperez probablement pas.
Vous pouvez également voir un paramètre spécifique, la résistance CC. Plus c’est bas, mieux c’est, bien sûr – moins de courant est gaspillé sous forme de chaleur. Il ne s’agit pas seulement d’un gaspillage : les types d’inducteurs utilisés dans les applications de régulateurs à découpage voient leurs caractéristiques se détériorer rapidement lorsqu’ils chauffent. De plus, certains inducteurs ne sont pas à leur meilleur lorsqu’ils sont utilisés à des fins de régulateur de commutation, même s’ils en ont l’air. Voici un exemple d’un tel inducteur. Il s’agit d’une inductance de filtrage de rail d’alimentation, et si c’est ce sur quoi vous êtes tombé par hasard, il existe probablement une inductance de puissance (celle que vous utilisez à des fins de commutation) disponible avec de meilleures spécifications et qui convient bien mieux à votre application – non pas qu’elle soit 100 % inutilisable, mais vous gagnerez à chercher plus loin.
Résumons à quel point il est simple de trouver un inducteur. Trois paramètres : inductance, courant CC et résistance CC. L’inductance est dans la fiche technique, le courant continu correspond au courant maximum souhaité multiplié par 1,5, et le troisième est aussi bas que possible pour votre argent. De plus, vérifiez que l’inductance est adaptée aux applications de régulateur à découpage. Vous cherchez à en savoir plus ? Voici quelques notes d’application – voici une note d’application de Wurth sur les subtilités des inducteurs et une note d’application de TI sur les bases du régulateur à découpage.
Accédez à votre site Web de sélection de composants préféré – Digikey, Mouser, LCSC ou autre, – placez les paramètres d’inductance et de courant continu dans le sélecteur de pièces d’inductance, trouvez la meilleure résistance CC pour votre argent, et vous êtes prêt. Bon sang, vous pouvez même trouver des inductances sur Aliexpress ! Ils n’ont pas tendance à répertorier les paramètres de courant/résistance CC, et les fiches techniques sont rares, mais si vous avez besoin de quelque chose de simple et bon marché, c’est sur la table.
Vous avez trouvé un inducteur ? Obtenez la fiche technique, voyez si KiCad a déjà une empreinte appropriée, sinon, prenez simplement une empreinte existante et ajustez-la, et c’est tout. Nous avons la puce du régulateur, nous avons choisi l’inducteur, il est maintenant temps de concevoir une carte !
Au cas où vous vous perdriez
Si la fiche technique de votre régulateur est bonne, vous êtes déjà prêt. Les meilleures fiches techniques fournissent un exemple de disposition, vous montrent les résistances à utiliser, mentionnent les composants supplémentaires, les exigences en matière de condensateurs et vous apprennent tout ce que vous pourriez vouloir savoir.
Cependant, toutes les fiches techniques ne contiennent pas tout ce que vous voudriez savoir. C’est décevant, mais cela ne veut pas dire que vous ne pouvez pas le faire ! Il n’y a que quelques aspects à prendre en compte : la disposition de la carte, les résistances de rétroaction et tous les composants supplémentaires dont vous pourriez avoir besoin. La prochaine fois, passons en revue cela, et je vous montrerai également quelques trucs et astuces pour les régulateurs à découpage !
