Я очень новичок в электронике, и я строю вещи и экспериментирую, чтобы учиться. Я собрал схему повышающего преобразователя, и она работает нормально, но я заметил, что при больших нагрузках напряжение падает ниже 5 В, которые я ожидаю от микросхемы SMPS.

Я использую tps61232 и SRU1028-1R0Y в соответствии с дизайном инструмента TI Webench. Я создал печатную плату на основе таблицы данных (изображение внизу) и схемы на основе инструмента Webench.

Вот моя схема:

У меня есть дешевый блок питания постоянного напряжения. Когда схема не находится под нагрузкой, я могу подать 2,8–4,2 В на повышающий преобразователь и получить на выходе почти ровно 5 В.

Я хотел проверить потребление тока под нагрузкой, поэтому я использовал Arduino (питание от USB), который управляет дешевой цепочкой из 50 светодиодов WS2811 . Я добавил потенциометр, чтобы можно было регулировать количество горящих светодиодов (с целью имитации различных нагрузок).

Выход повышающего преобразователя питает светодиоды.

Я заметил, что по мере того, как я увеличивал количество включенных светодиодов, светодиоды тускнели, а ток питания переставал увеличиваться. Когда я начал расследование, я обнаружил, что при различных напряжениях питания выходное напряжение падало ниже номинального значения 5 В, и я изо всех сил пытаюсь понять, почему.

Вот некоторые данные, которые я начинаю собирать:

Первое, что я подумал, это то, что я не знаю, как измерить выходное напряжение под нагрузкой. Я подключаю свой мультиметр непосредственно к выходным контактам моего повышающего преобразователя и измеряю его там. Вот как бы вы измерили выход повышающего преобразователя?

Второе, что я подумал, это то, что сопротивление в моих линиях питания падало напряжение питания ниже минимального напряжения повышающего преобразователя (2,3 В для этой микросхемы). Это казалось правдоподобным, основываясь на моих измерениях напряжения питания 2,8 В, где выходное напряжение упало до 4 В после того, как напряжение, поступающее на преобразователь, упало ниже 2,3 В; однако при 3,6 В и 4,2 В выходное напряжение начало падать при 2,8 В и 3,2 В соответственно, что выше минимального напряжения питания.

Третье, что я подумал, было то, что что-то происходит с катушкой индуктивности. Я хотел попробовать несколько разных катушек индуктивности (пытаясь выбрать подходящую катушку индуктивности размером не 10 мм x 10 мм). Катушку индуктивности я не припаивал к плате. Вместо этого я припаял к нему и к плате несколько перемычек, и они соединяются на макетной плате. Это, несомненно, имеет некоторый эффект, но я не уверен, как я могу сказать. Может ли это быть причиной моих проблем?

Дальнейшие соображения относительно индуктора заключались в том, что, возможно, он насыщал. Это кажется маловероятным, потому что максимальный входной ток, который я получил, составляет 2,5 А, когда все 50 светодиодов горят с выходным током 1,3 А при 3,8 В. Возможно ли, что я насыщаю этот конкретный индуктор и менее 1/4 его номинального тока?

Четвертое, что я подумал, это то, что, возможно, мне не хватает емкости? Я следовал рекомендациям Webench и добавил рекомендуемые 3 выходных конденсатора (по крайней мере, с аналогичными параметрами).

Пятое, что я рассмотрел, относится к минимальному напряжению. Может минимальное напряжение зависит от потребляемого тока? Я знаю, что эффективность резко падает после 1А, но он должен выдерживать 2А. . . может быть, это оптимистично? Но также я предполагал, что когда эффективность начнет падать, он начнет потреблять больше тока от источника питания для удовлетворения своих потребностей. Может, дело не в этом?

Возможно ли, что IC не может генерировать достаточный ток в катушке индуктивности? Вот что я имею в виду. Я думаю, что ток в катушке индуктивности зависит от напряжения, рабочего цикла, частоты переключения и индуктивности. ИС может управлять только частотой и рабочим циклом. У меня сложилось впечатление, что частота была фиксированной, но я полагаю, что ИС могла бы отрегулировать время включения в соответствии с текущими требованиями? Итак, если бы время включения было удвоено, это могло бы потенциально удвоить ток в катушке индуктивности?

(Редактировать: после повторного чтения листа данных, похоже, что время включения и частота «квазипостоянны». И рабочий цикл, и частота могут немного измениться, и мои текущие пределы определяются этими пределами.)

Итак, например, если моим светодиодам требуется 5 В при 1,3 А для освещения 25 светодиодов, это 6,5 Вт. Если преобразователь имеет КПД 80%, мне нужно 8,125 Вт на стороне питания. При входном напряжении 2,8 В это 2,9 А.

Кажется возможным, что ИС может попытаться увеличить рабочий цикл, но я не думаю, что удвоение времени удвоит энергию, хранящуюся в индукторе, поэтому должна быть верхняя граница? В моем случае, судя по моим измерениям, потребляемый ток составляет около 2,3 А. Возможно, поэтому я не могу получить 5 В при 1,3 А при напряжении питания 2,8 В?

Основываясь на этом из таблицы данных, похоже, что эта ИС будет генерировать 2А на выходе:

Но возможно ли, что они имеют более высокое входное напряжение? Если мой предыдущий пример имеет какой-то смысл, то, возможно, он применим и здесь. Если они могут генерировать 5 В при 2 А, это 10 Вт. При КПД 80% потребуется около 12,5 Вт со стороны питания. Если они могут подавать только около 2,3 А, то, возможно, их напряжение питания было около 5,4 В? Микросхема будет принимать входное напряжение 5,5 В. Если бы у них был КПД 90%, они могли бы снизить его примерно до 4,8 В и получать только 2,3 А от источника питания.

Одним из недостатков этой теории является то, что я думал, что рабочий цикл основан на соотношении выходного напряжения и входного напряжения. Это означало бы, что рабочий цикл не изменяется в зависимости от нагрузки.

Вариант 6, конечно, заключается в том, что я полностью ошибаюсь и должен полностью вернуться к чертежной доске. Я просто включил все эти детали, потому что кажется целесообразным описать, где я был, задавая вопрос.

Если вы зашли так далеко, большое спасибо за то, что прочитали весь этот вопрос. Я не только изучаю электронику на начальном уровне, но и учусь говорить об этом.

Моя печатная плата: