Buck / Step-Down-Spannung auf begrenztem Raum

Ich entwerfe eine kleine Leiterplatte. Die Versorgungsspannung beträgt 12V, ich brauche aber auch 5V bei einer Versorgung von maximal 250mA.

Die naheliegendste Lösung ist die Verwendung eines Spannungsreglers - es gibt viele davon und einige wie MCP1702/1703 unterstützen größere Ströme. Das Problem ist natürlich die Verlustleistung, die bei (12V-5V)*0,25A = 1,75W liegt .

SMD-Gehäuse haben einen sehr hohen thermischen Widerstand - im MCP1702/1703-Handbuch sind sie 110 K/W für SOT89 und sogar 336 K/W für SOT23A. Bei einer maximalen Temperatur von 125 °C und einer Raumtemperatur von 25 °C entspricht dies einer Wärmeableitung von höchstens 0,9 W für SOT89. Das finde ich relativ klein, da SOT89 sogar ein Wärmeleitpad hat.

Gibt es also eine Lösung, wie z. B. ein großes Stück Kupfer auf die Leiterplatte zu legen oder vielleicht sogar ein Stück Aluminium auf das SOT89-Gehäuse zu kleben?

Alternativ könnte ich Schaltregler verwenden. Diese erfordern jedoch normalerweise mehrere zusätzliche Elemente - zum Beispiel benötigt der TPS54202H sechs, vier mehr als der Standard-Spannungsregler.

Gibt es eine Problemumgehung für dieses Problem - 5 V 250 mA erhalten, aber ohne viel Platz zu beanspruchen? Was ist Ihre Erfahrung?

Vielen Dank für Ihre Vorschläge.

Bearbeiten: Zusammenfassung: Wenn ich einen Spannungsregler verwende, sind nur zwei zusätzliche Elemente erforderlich und es werden nur etwa 40 mm2 verwendet, aber es gibt zu viel Wärmeableitung. Wenn ich Schaltregler verwende, gibt es sehr wenig Wärmeableitung, aber viel Platz, da sechs zusätzliche Elemente notwendig sind. Ich hoffe, weniger als 50 mm2 und Elemente zu verwenden, die von Hand gelötet werden könnten.

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Antworten (2)

Monolithic Power Systems verfügt über eine ganze Reihe von DC/DC-Wandlern mit integriertem Regler und Induktivität, einige davon mit sehr geringem Platzbedarf (so klein wie 3 x 3 mm). Sie sind seit einiger Zeit meine Anlaufstelle. TI hat auch eine Reihe von Wandlern mit integrierter Induktivität. Es gibt noch andere, aber diese wären meine zwei besten. Sie sind sehr einfach zu bedienen und benötigen nur die Bypass-Kappen und den Spannungsteiler, um die Ausgangsspannung einzustellen.

Ein kostengünstigerer Ansatz könnte einen SOT-23-Schalt-IC von Unternehmen wie Diodes Inc, Richtek usw. verwenden. Bei der Nennleistung, von der Sie sprechen, können Sie einen 2x2- oder 2x2,5-mm-Induktor mit niedrigem Profil verwenden.

Vielen Dank für den Vorschlag. Es scheint, dass integrierte Induktivitäten schwer zu finden sind (ich habe bei Mouser und Monolithic Power Systems nach 5 V gesucht und konnte keine finden). Also denke ich, dass der Low-Cost-Ansatz das ist, was ich brauche. Übrigens ist die Induktivität aus der Lösung von Marcus Müller (10 uH und 200 mOhm) eigentlich ziemlich groß (3,5 mm x 2,8), außerdem wird ein Spannungsteiler benötigt, der leider alles relativ groß macht (für meine Anwendung).
@Pygmalion genau was ist deine Anwendung?
@BruceAbbott Ich mache einen DCC-Decoder - das ist ein Gerät, das in Modelllokomotiven eingebaut wird - was bedeutet, dass der Platz wirklich eng ist. Ich optimiere stundenlang Leiterplatten, nur um den Bruchteil eines Millimeters einzusparen.
Der Diodes Inc AP3211 kann mit einer 4,7-uH-Induktivität in 2520-Größe arbeiten. 4,5 ~ 17 V Eingang. diodes.com/part/view/AP3211#tab-details
@Pygmalion das habe ich vermutet (ich entwerfe derzeit einen DCC-Decoder für sehr kleine Lokomotiven der Spur N, daher verstehe ich Ihre Bedenken).
Leider benötigt AP3211 einen zusätzlichen Bootstrap-Kondensator, also sind wir im Wesentlichen wieder bei Null.
@BruceAbbott Ich versuche, einen NmraDcc.h-kompatiblen Decoder basierend auf Geoff Bunzas Arbeit zu erstellen, indem ich direkt einen Mikrochip verwende und einen Spannungsteiler anstelle eines Optokopplers verwende. Ich frage mich, ob ich Ton mit DFPlayer einbinden kann. In diesem Fall benötige ich eine 5-V-Leitung mit größeren Strömen. Wenn Sie sich in die gleiche Richtung bewegen, könnten wir vielleicht Erfahrungen austauschen.

Hier ist ein Tiefsetzsteller die richtige Wahl; weiß nicht, woher der Eindruck kommt, dass diese viel Platz brauchen würden; Es gibt viele, die genau drei externe Komponenten benötigen (eine Induktivität und einen Kondensator am Ausgang, eine am Eingang zur Entkopplung), genau eine mehr als Ihr LDO (den Sie immer noch mit einem Eingangsentkopplungskondensator ausstatten möchten). Wenn der Regler eine einstellbare Ausgangsspannung hat, benötigen Sie auch zwei Widerstände als Spannungsteiler, richtig.

Ich persönlich würde mich nicht dazu zwingen, so eng zu entwerfen, aber ich würde denken, dass Sie mit einem SOT23-5-Buck-IC, 0603-Entkopplung am Eingang, 0805 am Ausgang und 0402- oder 0201-Widerständen weniger haben würden als 10 mm × 7 mm Platz auf der Platine.

Beispieldesign (vier Klicks, drei eingegebene Zahlen): https://webench.ti.com/appinfo/webench/scripts/SDP.cgi?ID=3803E93DAF24BA56

Zählen Sie die externen Komponenten: Es sind 5, selbst wenn Sie sowohl Cinx als auch Cin einbeziehen, von denen Sie möglicherweise nicht einmal eine benötigen, wenn Ihr Board dies bereits hat.

schematisch.

Das passt problemlos in die 50 mm², die Sie mit 0805 passiv haben.

Schnelle Berechnung, tendenziell "größer als nötig"

  • Abwärtswandler-IC (das Beispiel verwendet einen in einem SOT23-5-Gehäuse): 3 × 2 mm für eine Handlötfläche = 6 mm²
  • drei Kondensatoren und zwei Widerstände in 0805 mit Handlötfläche: 4mm lang, 1,25 mm breit = je 5 mm² (das ist wirklich super entspannt zu löten), also insgesamt 25 mm²
  • 10-µH-Induktivität für ca. 1 A Nennleistung: Diese sind in Gehäusen von 2012 vorhanden, sodass die handlötbare Grundfläche etwa 5 mm × 2,5 mm, 7,5 mm² betragen würde

Insgesamt 38,5 mm².

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