Abierto el diseño de un módulo de alimentación DC/DC Buck-Boost basado en el chip SC8703, voltaje de entrada máximo de 36 V, corriente de entrada/salida máxima de 10 A, frecuencia de conmutación de 600 kHz, voltaje de salida ajustable, corriente de salida constantemente regulable, eficiencia máxima de conversión del 95 %, interfaz XT30 tanto en entrada como salida, con puerto Type-C, soporta carga rápida PD, capaz de negociar hasta 28 V.
Parámetros de diseño
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Rango de voltaje de entrada | 2.7V ~ 36V |
| Rango de voltaje de salida | 1.21V ~ 36V |
| Corriente máxima de entrada/salida | 10A |
| Rango ajustable de corriente constante de salida | 0.58A ~ 10A |
| Frecuencia de conmutación | 600kHz |
| Tamaño del PCB | 79.6 x 47 mm |
El controlador Buck-Boost utiliza el chip SC8703, y el chip de protocolo de carga rápida es el CH224Q.
Instrucciones para replicar
- Este proyecto fue diseñado con KICAD. El proyecto en la plataforma LCSC Open Source fue importado desde los archivos de KICAD, por lo que puede presentar algunos problemas. Se recomienda encarecidamente utilizar los archivos Gerber que proporciono para encargar directamente la PCB.
- El proyecto está abierto en Gitee, la plataforma de hardware abierto de LCSC y la comunidad de hardware abierto Huaqiu. Los enlaces y materiales del proyecto están al final del artículo. Los materiales proporcionados incluyen: archivos del proyecto KICAD, archivos Gerber para fabricación, lista detallada de materiales (BOM) con enlaces y precios de compra de componentes, archivo de plantilla de stencil combinado para capas superior e inferior, diagrama de serigrafía para montaje superficial, BOM interactivo (para asistencia durante el ensamblaje), hojas de datos de los chips utilizados, modelos 3D del PCBA y de la carcasa, entre otros.
- La carcasa es un modelo de aluminio comprado en Taobao. El enlace de compra está incluido en la BOM. Los paneles frontal y trasero son impresos en 3D por mí; los archivos 3D en formato 3mf están incluidos en los materiales.
- ¡Los MOSFET deben conectarse térmicamente a la carcasa mediante una almohadilla de silicona térmica!
- Se recomienda no exceder una corriente de trabajo de 5A en la placa sin disipación adicional.
- ¡Los puertos de entrada Type-C y el conector XT30 están en paralelo; no deben usarse simultáneamente!
El costo de componentes para pequeñas cantidades es de aproximadamente 30 yuanes por conjunto (sin incluir PCB ni carcasa). El componente más costoso es el chip SC8703, que cuesta alrededor de 9 yuanes por unidad.
Vídeo demostrativo del proyecto: https://www.bilibili.com/video/BV1mMfPBzEXH/
Grupo QQ para intercambio técnico de electrónica/microcontroladores: 2169025065
eeClub - Comunidad de Ingenieros Electrónicos: https://bbs.eeclub.top/
Imágenes del prototipo
Proceso de soldadura
Puedes encargar una plantilla de stencil de 10x10 cm en Taobao por unos 15 yuanes usando el archivo que proporciono. Luego, imprime en 3D una plantilla para aplicar la pasta de soldadura, fija la plantilla y la PCB en posición correcta, aplica la pasta de soldadura, coloca los componentes según el BOM interactivo y colócalo en una plataforma de calentamiento o horno de reflujo. Se recomienda soldar primero la capa inferior y luego la superior.
Pruebas
Prueba de encendido: entrada de 12 V, salida de 24 V, consumo en vacío de aproximadamente 0.37 W.
Prueba de entrada por Type-C: usando una fuente de carga PD de 65 W, se negoció una salida de 20 V.
Prueba de eficiencia de conversión
Unboxing básico de la fuente programable RD6012P de Ruide: https://blog.zeruns.com/archives/740.html
Eficiencia máxima medida: 95.45%
| Voltaje entrada (V) | Corriente entrada (A) | Potencia entrada (W) | Voltaje salida (V) | Corriente salida (A) | Potencia salida (W) | Eficiencia (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 35.999 | 0.752 | 27.071 | 24.130 | 1.000 | 24.130 | 89.14% |
| 35.999 | 6.699 | 241.157 | 23.954 | 9.600 | 229.955 | 95.35% |
| 5.000 | 9.063 | 45.315 | 24.028 | 1.500 | 36.042 | 79.54% |
| 5.000 | 8.520 | 42.600 | 12.054 | 3.000 | 36.162 | 84.89% |
| 12.000 | 4.382 | 52.584 | 5.230 | 9.000 | 47.070 | 89.51% |
| 11.999 | 8.753 | 105.027 | 24.048 | 4.000 | 96.192 | 91.59% |
| 5.000 | 9.803 | 49.015 | 19.990 | 2.000 | 39.980 | 81.57% |
| 5.000 | 5.063 | 25.315 | 21.116 | 1.000 | 21.116 | 83.41% |
| 11.999 | 6.705 | 80.453 | 35.477 | 2.000 | 70.954 | 88.19% |
| 35.999 | 3.459 | 124.521 | 11.998 | 9.510 | 114.097 | 91.63% |
| 35.999 | 1.839 | 66.202 | 12.023 | 5.000 | 60.116 | 90.81% |
| 35.999 | 9.288 | 334.359 | 35.460 | 9.000 | 319.141 | 95.45% |
Formas de onda del driver MOS
Forma de onda de la compuerta del MOS superior del lado de entrada (parte Buck) respecto a tierra. Frecuencia de conmutación de 607 kHz, periodo de aproximadamente 1.65 μs, duración de la plataforma de Miller de unos 20 ns. Normal, forma de onda limpia, sin oscilaciones ni sobretensión significativa.
Forma de onda de la compuerta del MOS superior del lado de salida (parte Boost) respecto a tierra. Frecuencia de conmutación de 607 kHz, periodo de aproximadamente 1.65 μs. Se observa sobretensión y oscilación al encender el MOS, probablemente debido a un diseño inadecuado de las pistas de conducción.
Prueba de rizado
Unboxing básico del osciloscopio RIGOL DHO914S: https://blog.zeruns.com/archives/764.html
Con entrada de 12 V y salida de 24 V en vacío, el rizado medido es de aproximadamente 60 mV pico a pico.
Con entrada de 12 V, salida de 24 V y carga de 2 A, el rizado medido es de aproximadamente 200 mV pico a pico.
Con entrada de 24 V y salida de 5 V en vacío, el rizado medido es de aproximadamente 16 mV pico a pico.
Con entrada de 24 V, salida de 5 V y carga de 2 A, el rizado medido es de aproximadamente 35 mV pico a pico.
Imágenes térmicas (termografía)
Sin disipación adicional, con entrada de 36 V, salida de 24 V y 9.5 A, la temperatura del MOSFET supera los 100 °C en 5 segundos. Imagen térmica de la cara inferior a continuación.
Imagen térmica frontal: la temperatura del chip SC8703 supera los 70 °C.
Imagen térmica con la carcasa de aluminio instalada. Debido al brillo del aluminio, se colocó una cinta adhesiva en el centro para evitar interferencias en la medición. La temperatura máxima registrada en la cara donde el MOSFET hace contacto es de aproximadamente 53 °C.
Enlaces para descarga de materiales
Los materiales proporcionados incluyen: archivos del proyecto KICAD, archivos Gerber para fabricación, lista detallada de materiales (BOM) con enlaces y precios de compra de componentes, archivo de plantilla de stencil combinado para capas superior e inferior, diagrama de serigrafía para montaje superficial, BOM interactivo (para asistencia durante el ensamblaje), hojas de datos de los chips utilizados, modelos 3D del PCBA y de la carcasa, entre otros.
- Proyecto en Gitee: https://gitee.com/zeruns/sc8703_-buck-boost
- Proyecto en GitHub: https://github.com/zeruns/sc8703_-buck-boost
- Plataforma de hardware abierto LCSC: https://oshwhub.com/zeruns/sc8703_buck-boost
- Plataforma de hardware abierto Huaqiu: https://p.eda.cn/d-1341729185952956416
- Enlace de descarga en 123Yunpan: https://www.123865.com/s/2Y9Djv-I9ddH
Proyectos de código abierto recomendados
- He abierto el diseño de un medidor trifásico de consumo eléctrico, útil para monitorear el consumo en casa: https://blog.zeruns.com/archives/771.html
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