Ahora, aquí vemos el circuito con LM5164, luego vamos paso a paso eligiendo piezas como inductor, condensador, resistencias y finalmente, hablamos sobre el diseño de PCB y la solución de problemas. Ok, comencemos.
Lo que obtenemos con LM5164
Este chip LM5164 es súper útil porque puede tomar la entrada de 15V a 100V, y podemos establecer el voltaje de salida de 1.225V a lo que queramos (debajo de VIN). Pero aquí lo colocamos en 12V 1A. Ahora algunas cosas buenas sobre este chip:
Funciona de 15V a 100V muy flexible.
Podemos ajustar la salida usando dos resistencias.
Da 1a actual, lo suficientemente bueno para muchas cosas.
Tiene un coeficiente intelectual bajo, por lo que no pierde mucha potencia.
Utiliza el control constante de tiempo (cot), lo que significa una respuesta rápida a los cambios de carga.
Tiene mosfets en el interior, por lo que no hay necesidad de diodos externos.
Por lo tanto, este chip es bastante bueno cuando queremos una entrada de alto voltaje pero necesitamos una salida segura de 12V.
Lo que tiene este circuito
Ahora, cuando usamos este LM5164, no solo lo conectamos directamente, necesitamos otras piezas para que funcione correctamente. Esto es lo que ponemos:
LO (inductor) → Esta parte almacena energía y ayuda a cambiar de funcionamiento sin problemas.
CIN (condensador de entrada) → Esto estabiliza el voltaje de entrada para que LM5164 no vea las caídas de voltaje repentino.
Cout (condensador de salida) → Esto reduce la onda, por lo que obtenemos 12V DC de 12 V.
RFB1, RFB2 (resistencias de retroalimentación) → estos establecidos de voltaje de salida.
CBST (condensador de bootstrap) → Esto ayuda a que el MOSFET de lado alto funcione correctamente.
RA, CA, CB (red de compensación) → Estos son necesarios para mantener el circuito estable.
Si elegimos valores incorrectos, entonces obtenemos una mala salida, ya sea saltos de voltaje, ondulación alta, o ni siquiera comenzará. Entonces, calculamos todo correctamente.
Cómo establecemos el voltaje de salida
Ahora LM5164 tiene un pin de retroalimentación (FB) y conectamos RFB1 y RFB2 allí para establecer el voltaje de salida. La fórmula es:
Vout = 1.225V * (1 + RFB1 / RFB2)
Corrigimos RFB2 = 49.9kΩ (buen valor de la hoja de datos), ahora calculamos RFB1 para salida de 12V:
RFB1 = (VOUT / 1.225V - 1) * RFB2
RFB1 = (12V / 1.225V - 1) * 49.9KΩ
Rfb1 = (9.8 - 1) * 49.9kΩ
RFB1 = 8.8 * 49.9kΩ
RFB1 = 439kΩ
Ok, pero 439kΩ no es estándar, por lo que usamos 453kΩ, que está lo suficientemente cerca.
Qué tan rápido cambia este circuito
Este convertidor Buck funciona al cambiar, por lo que necesitamos establecer la velocidad de conmutación. El tiempo que permanece encendido (ton) es:
Ton = vout / (vin * fsw)
Tomamos Vout = 12V, vin = 100V, FSW = 300kHz entonces:
Ton = 12V / (100V * 300000)
Tono = 400ns
Ahora el tiempo libre (toff) es:
Toff = ton * (vino / vout - 1)
Sustituyendo valores:
TOFF = 400NS * (100V / 12V - 1)
Toff = 400ns * 7.33
Toff = 2.93 µs
El ciclo de trabajo (d) es:
D = Vout / vino
D = 12V / 100V
D = 0.12 (12%)
Por lo tanto, el MOSFET está encendido durante un 12% de tiempo y apagado por un 88% de tiempo.
Elegir componentes
Inductor (LO)
Encontramos lo usando esto:
Lo = (Vinmax - Vout) * d / (Δil * fsw)
Tomamos Δil = 0.4a,
LO = (100V - 12V) * 0.12 / (0.4a * 300000)
LO = 68 µH
Entonces usamos un inductor de 68 µH.
Condensador de salida (cout)
Necesitamos Cout para reducir la onda:
Cout = (iout * d) / (ΔVout * fsw)
Para ΔVout = 50mV,
Cout = 8 µF
Pero es mejor usar 47 µF para ser seguro.
Condensador de entrada (CIN)
Para Cin usamos:
Cin = (iout * d) / (Δvin * fsw)
Para Δvin = 5V,
Comer = 2.2μ y
Condensador de arranque (CBST)
Simplemente tomamos 2.2NF de la recomendación de la hoja de datos.
Comprobación de eficiencia
La eficiencia (η) es:
H = (POUT / PIN) * 100%
POUT = VOUT * IOUT = 12W
Por 80% de eficiencia,
PIN = 12W / 0.80 = 15W
Corriente de entrada:
Iin = pin / vin
Iin = 15W / 100V
Iin = 0.15a
Diseño de PCB, súper importante!
Ahora, si el diseño de PCB es malo, entonces obtenemos un alto ruido, un mal rendimiento o incluso una falla. Entonces:
Haga rastros de alta corriente corto y ancho.
Coloque condensadores cerca del chip.
Use un plano de tierra para reducir el ruido.
Agregue vías térmicas debajo del LM5164 para ayudar a enfriar.
Probar y solucionar problemas
Comience con un bajo voltaje de entrada (15V).
Compruebe si obtenemos salida de 12V.
Use un osciloscopio para ver la forma de onda de conmutación.
