MC34063A: Почему я разгоняю этот чип?

9

Я решил получить некоторый опыт работы с преобразователями постоянного тока и приобрел преобразователь постоянного тока Onsemi MC34063A . Из документации я получил технический паспорт , то AN920 приложение к сведению и электронную таблицу Excel . В техническом описании упоминается еще одно замечание по применению, AN954 / D, но я не могу найти его где-либо.

Идея состояла в том, чтобы понизить напряжение от 12 В до 5 В с токами до 500 мА и пульсациями 50 мВ. Поэтому я прочитал формулы в техническом описании, примечании к приложению и рабочем листе и провел некоторые вычисления.

Я взял ВsaTзнак равно1,3 В из максимального значения таблицы, я использую 1N5817, поэтому на 1 A, ВFзнак равно0,45 Вминимальное входное напряжение, если я возьму изменение в 10%, ВяN(мяN)знак равно10.8 В, выходное напряжение ВоUTзнак равно5 В, Используя формулу из таблицы, это дает мнеTоNTоеезнак равно1,21, Я выбрал частоту для преобразователя 89 кГц, потому что она должна220 пFконденсатор, но об этом позже. Следующий,TоN+Tоеезнак равно11,24 μs что дает мне Tоеезнак равно5,09 μs а также TоNзнак равно6,15 μs, Все это дает мнеСTзнак равно246 пFтак что я буду использовать 220 пF+22 пFзнак равно242 пF, Далее у меня естьяпК(sвесясчас)знак равно1 A, Смысл резисторрsсзнак равно0,3 Ωтак что буду использовать 3 раза 1 Ωрезистор и подключите их параллельно. Далее идет минимальная индуктивностьL(мяN)знак равно28 μЧАС, Далее есть выходной конденсаторСознак равно28,1 μF, Наконец есть выходные резисторы. ФормулаВоUTзнак равно1,25(р2р1+1), Я выбрал 4 раза10 КΩрезисторы. Один дляр1 и 3 в серии для р2,

Теперь давайте посмотрим на примечание к приложению и посмотрим, сделали ли они что-то другое: ну, формула для рsс немного отличается и дает мне 0,263 Ω как минимальное значение чувствительного резистора.

Теперь давайте посмотрим на лист Excel: новый параметр ΔяLяL(avг) появляется там и рабочий лист говорит:

Для максимального выходного тока предлагается, чтобы значение ΔIL было выбрано так, чтобы оно составляло менее 10% от среднего тока индуктивности, IL (avg). Это поможет предотвратить достижение Ipk (sw) порога ограничения тока, установленного RSC. Если целью проектирования является использование минимального значения индуктивности, пусть ΔIL = 2 * IL (avg). Это пропорционально уменьшит выходной ток.

Ну, я не уверен, что здесь делать, но высокий выходной ток звучит неплохо, поэтому я установил его на 6%, а рабочий лист дает мне минимальную индуктивность 920 μЧАС, Случилось так, что у меня есть индуктор 1 мГн в моем мусорном ящике ( DPO-1.0-1000 ), поэтому я решил использовать его.

Наконец, у меня есть схема:

схема

Теперь, если я правильно понимаю работу этого устройства, синхронизирующий конденсатор используется для обеспечения синхронизации, которая подается на индуктор по мере необходимости. Если на сенсорном резисторе слишком высокое напряжение (то есть условие перегрузки по току) или потребление слишком низкое, часы пропускаются. Насколько я вижу, у самого чипа не должно быть возможности изменять частоту, установленную конденсатором.

Кажется, у меня проблема с частотой переключения и тем, как она меняется с нагрузкой. В документации сказано, что регулятор работает до 100 кГц, и я вижу некоторые странные результаты на осциллографе. Я измеряю форму волны на диоде и конденсаторе синхронизации.

Вот как это выглядит без нагрузки:

нет загрузки

конденсатор без нагрузки Насколько я знаю, этот тип волны должен появляться, потому что регулятор пропускает циклы, и он должен быть нормальным.

Затем у меня есть нагрузка с некоторыми светодиодами, тянущими около 200 мА.

Нагрузка на светодиод 200 мА

Конденсатор 200 мА

Обратите внимание, что частота немного высока. Я ожидал 89 кГц и ниже (так как схема находится на макете, и я ожидаю, что там будет паразитная емкость от соседних рядов), но это 99,6 кГц, что прямо на пределе нормальной работы.

Нагрузка микроконтроллера 200 мА Конденсатор 200 мА

Вот что происходит, когда я подключаю плату микроконтроллера с мигающими светодиодами. Частота более чем в два раза превышает максимальную рабочую частоту регулятора.

Используя 1 Ωрезистор и другой источник питания, я определил, что максимальный мгновенный ток от этой платы составляет 294 мА, поэтому он находится в пределах предела 500 мА, для которого я разработал это. Пульсация на выходе составляет от пика до пика 680 мВ, поэтому кажется, что он более или менее в порядке, а напряжение около 4,9 В, так что мне это кажется более или менее нормальным.

Так что есть идеи, что здесь происходит с частотой? Я пробовал использовать разные конденсаторы синхронизации, и все они работают одинаково, и ни один из них не дает мне расчетную частоту.

ОБНОВИТЬ

Вот осциллограмма выхода с использованием заземляющего разъема пружинного типа и оголенного наконечника зонда, синхронизированного с пиком наибольшей величины:

Выходная пульсация после предложений Оли и Абдуллы

ОБНОВИТЬ

Что касается частоты, я нашел около 10 Ω керамических резисторов и попытался зарядить источник питания одним из них (что должно дать мне нагрузку 500 мА), но я все еще получаю высокие частоты, и, похоже, это как-то связано с ограничением тока от что я могу видеть Когда я подключаю резистор, максимальный ток, который я могу получить, составляет около 370 мА. Я экспериментировал с различными значениями сенсорных резисторов, и с увеличением сопротивления сенсорных резисторов частота увеличивается.

Вот пример СT Форма волны с резистором 1 Ом: введите описание изображения здесь

а вот с чувствительным резистором 0,5 Ом:

введите описание изображения здесь

AndrejaKo
источник
Как сказал @Kit, ваша выходная фильтрация может быть проблемой. Я никогда не использовал знаменитую микросхему, которую вы используете, но я думаю, что выходной конденсатор может быть низким. Вы пытались увеличить конденсатор до 220 мкФ? Кстати, я не вижу, как пульсации 0,68mVpp на выходе хорошо, когда вы были нацелены на 50mV?
Абдулла Кахраман
1
Это будет 680 мВ, а не 0,68 мВ :)
Абдулла Кахраман
@abdullah kahraman Ну, какой конденсатор я должен рассмотреть выход здесь? Я уже использую 220 мкФ тантала, как показано Co на схеме. На выходе фильтра у меня электролитический конденсатор с низким ЭПР 22 мкФ. Должен ли я работать над этим? Кроме того, пульсация не очень хорошо, но на данный момент, я больше беспокоюсь о явлении, которое я вижу. К сожалению, в эти дни у меня было несколько экзаменов, поэтому у меня не было достаточно времени, чтобы поработать над этим вопросом. Интересно, что у меня больше шума после фильтра, чем до фильтра.
AndrejaKo
Извините, я думал, что ваш выходной конденсатор был 22 мкФ, не увидел фильтр на рисунке. Фильтр не является обязательным, и контроллер должен работать без него, верно? Странно, что у вас больше шума после фильтра. Вы пытались удалить фильтр? Кроме того, как вы заметили @Oli, вы подключили анод диода напрямую и коротко к заземлению входного конденсатора?
Абдулла Кахраман
@abdullah kahraman Кажется, лучше работать без фильтра. На самом деле Оли упомянул выходной конденсатор, но я попробую и с входом посмотреть, что получится.
AndrejaKo

Ответы:

6

Макет может вызывать проблемы, проверьте ваш макет (особенно раздел обратной связи)

Кроме того, возможно, что индуктор, который вы используете, не подходит - он говорит, что он рассчитан только на 100 кГц, поэтому его SRF (собственная частота), вероятно, довольно низка. Это может быть причиной нестабильности.
Попробуйте изменить его на один с более высоким значением SRF (например,> 500 кГц), но с подходящей токовой нагрузкой.

Я упомянул ограничитель вывода ниже, но Абдулла прав насчет важности ограничения ввода. Это зависит от нагрузки, но вся петля от входа к выходу должна быть как можно меньше и с низким импедансом, в идеале, с использованием заземляющей плоскости. На макете это "сложно" ;-)
Если проблема с частотой отсутствует при постоянной нагрузке, я думаю, что, как сказал Кит, это проблема с фильтрацией выходного сигнала, поскольку коммутатор не будет достаточно быстрым, чтобы адаптироваться к высоким изменениям di / dt на выходе и нет «резерва». Увеличьте емкость выходного фильтра и посмотрите, падает ли пульсация, если это так, то это почти наверняка проблема.

РЕДАКТИРОВАТЬ - Ах, я вижу, вы попробовали это с резистором на выходе.
В таком случае может показаться, что это не фильтрация. На данный момент, я думаю, я бы использовал другой метод прототипирования, который больше подходит для переключающего регулятора. Также используйте другой чип на всякий случай.
Либо вытравите доску, либо используйте стиль «мертвая ошибка», либо доску с очень осторожным вниманием к макету. Если частота все еще слишком высока, я бы предположил, что она является частью его работы и неправильно описана в таблице данных - если это так, то электронное письмо в OnSemi предназначено для того, чтобы увидеть, что они говорят.

РЕДАКТИРОВАТЬ 2 - Хорошо, после прочтения, я думаю, что сенсорный резистор (возможно, в сочетании с упомянутой выше проблемой индуктивности) может вызывать слишком частое срабатывание датчика тока и увеличивать наклон зарядки конденсатора синхронизации. Вероятно, это будет выглядеть так, как будто генератор переключается быстрее.
Соответствующая цитата из заметки приложения:

Когда это напряжение становится больше 330 мВ, схема ограничения тока обеспечивает дополнительный путь тока для зарядки синхронизирующего конденсатора CT. Это заставляет его быстро достигать верхнего порога генератора, тем самым сокращая время проводимости выходного переключателя и, таким образом, уменьшая количество энергии, запасаемой в индуктивности. Это можно наблюдать как увеличение наклона зарядной части формы волны напряжения ТТ, как показано на рисунке 5.

Похоже, что ваши осциллографические сигналы согласуются с этим описанием. Кроме того, если вы не пытались заменить индуктор, сделайте это и посмотрите, как он работает, плюс вы можете попытаться не использовать текущее значение (т.е. просто подключиться к входному напряжению)

Оли Глейзер
источник
Что я должен смотреть в разделе обратной связи? Прямо сейчас, это немного давно, так как у меня есть 3 резистора 1/4 Вт в серии. Должен ли я попытаться сделать его короче? Также хороший улов для индукторов. Сайт для серии требовал работы 200 кГц, и я даже не заметил 100 кГц в таблице.
AndrejaKo
Старайтесь держать FB коротким и вдали от следов сильного тока. Также постарайтесь сделать так, чтобы ваша выходная крышка заземляла на диодную обратную цепь заземления как можно меньше. В основном, подумайте о том, как течет ток, и постарайтесь сделать область петли как можно меньше. Определенно измените индуктор. Свитчеры могут быть проблематичны на макете, если все остальное не удается припаять его на какой-нибудь картон (или, что еще лучше, сделать это в виде « жучка») на твердой поверхности земли и посмотреть, как оно работает.
Оли Глейзер
Я думаю, что вы получили его на EDIT 2. Теперь это очевидно из цитаты из заметки приложения. Кроме того, это может быть доказано, если @AndrejaKo попробует схему без чувствительного резистора. Надеюсь, что это проблема.
Абдулла Кахраман
Я попытался использовать микросхему без текущего резистора, и кажется, что это проблема. Я посмотрю, смогу ли я получить ответ от OnSemi.
AndrejaKo
4

Моим лучшим предположением будет количество выходной фильтрации или, возможно, размер R_sc.

Обратите внимание, что компаратор возвращается обратно в ворота и, которые управляют переключателем в вашей схеме. Если ток нагрузки изменяется и это вызывает колебания в контуре обратной связи по напряжению, вы можете создать виртуальное увеличение частоты ШИМ. Я не совсем успеваю нарисовать для вас полный график, но в основном, если из-за увеличения тока в нагрузке включается переключатель (то есть, если вы одновременно включаете несколько светодиодов), но затем вы быстро включаете их обратно. на, это будет накладываться поверх ШИМ на 99,4 кГц и заставлять частоту переключения выглядеть намного выше.

Другая вещь, которую вы можете попробовать, - сделать R_sc слишком большим и посмотреть, как выглядит форма волны при действительно последовательной нагрузке. Как вы сказали, частота ШИМ не должна изменяться, и при вытягивании нагрузочный цикл должен медленно увеличиваться, поскольку разница между выходным напряжением и входным напряжением должна приближаться к 0 при достижении максимального напряжения. Таким образом, вся энергия рассеивается в резисторе, а не в переключающем преобразователе при максимальном потреблении. У меня была причина, я думал, что это может быть проблемой, но я буду честен, я думаю, что это первое.

Надеюсь, это поможет! Удачи!

Кит Скузз
источник
3

При работе с переключателями режима переключения следует обратить внимание на высокий dяdTдорожки цепи. Чтобы определить эти проблемные пути, можно использовать диаграмму топологии и нарисовать ее состояния. Давайте посмотрим на принципиальную схему для понижающего преобразователя, в различных состояниях коммутатора:

Разные состояния бак-конвертера

Красные линии обозначают высокий ток. Вы можете видеть, что некоторые детали остаются КРАСНЫМИ в обоих положениях переключателя, а некоторые детали меняют цвет. Те, которые изменяют цвет, являются проблемными путями, потому что ток, протекающий через них, изменяется, когда переключатель меняет положение. Это означает, что они высокиdяdTчасти схемы, и требуют осторожности при разработке макета. Посмотрите на этот пост о том, как влияет индуктивность при сильном изменении тока во времени. Так что делать?

  • Укоротить и расширить след, следовательно уменьшить индуктивность. Однако не делайте его шире, чем должно быть, иначе вы создадите большую антенну для EMI. Сделайте его достаточно широким, чтобы он мог нести необходимый ток.
  • Если эти следы подключены к ЗАЗЕМЛЕННОЙ сети, постарайтесь не допустить, чтобы они работали на плоскости заземления или на заземляющей шине макета в максимально возможной степени. Единственный подходящий путь для этого сценария - это путь от анода диода к заземляющему выводу входного конденсатора. Подключите его напрямую и в ближайшее время .

Кроме того, некоторые вещи, которые вы видите в области действия, на самом деле не находятся в самой схеме. Они вызваны длинным заземлением провода зонда. Сократите это так:

Как правильно измерить пульсации выходного сигнала SMPS

Ресурс: Руководство по компоновке печатных плат от National Semiconductor

Абдулла Кахраман
источник
4
В дополнение ко всему вышеперечисленному, пожалуйста, не предоставляйте импульсный источник питания :)
Абдулла Кахраман
Я использую источники питания Veroboard и схожу с рук, потому что не переключаюсь жестко.
Аутизм
Что такое "жесткий переключатель" и как ты этого не делаешь?
Шестьдесят пять
@Autistic: Я бы тоже хотел узнать об этом ...
Абдулла Кахраман
2

Я опоздал на 7 лет, но я должен добавить свой ответ для других, кто сталкивался с этой проблемой: очень высокая пульсация 680 мВ (если вы не опечатали ее) на выходе мне кажется, что ваш Co (выходной конденсатор) либо неисправен, либо не относится к типу с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). ESR - это «сопротивление» конденсатора, наблюдаемое на высоких частотах. Если ваш конденсатор рассчитан на 85 ° C, он, скорее всего, является крышкой с высоким ESR и не подходит для переключения источников питания. Колпачки с низким ESR обычно рассчитаны как минимум на 105 ° C, хотя высоковольтные (выше 100 В) обычно остаются при 85 ° C и, кажется, хороши, учитывая более высокое соотношение напряжения и тока при более высоких напряжениях. Я удивлен, что никто здесь не предложил или даже упомянул такую ​​возможность.

Эдин Фичич
источник
Позор, это не часть ответа Абдуллы. Кроме того, позор, что ответ Абдуллы не принят.
Шестьдесят пять