Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Zdalne monitorowanie napięcia zasilania

ghost666 02 Wrz 2014 10:50 3255 0
  • W systemach telekomunikacyjnych projektanci obwodów elektronicznych często stoją przed wyzwaniem dostarczania napięcia zasilającego przez duże odległości poprzez sporych rozmiarów płytki drukowane (PCB). Aby zapewnić optymalną ilość miejsca na PCB dla układów ASIC oraz procesorów, sekcje zasilania często upycha się na rogu płytki drukowanej. Aby skompensować straty oporowe podczas przesyłania napięcia zasilającego poprzez długie ścieżki zasilające wykorzystuje się technikę zdalnego pomiaru napięcia, szczególnie w aplikacjach gdzie napięcie zasilające jest niskie a pobór prądu wysoki. Dynamiczna natura obciążenia, wraz faktem istnienia sporek pojemności pasożytniczej ścieżek zasilania może negatywnie wpłynąć na działanie systemu zasilającego układ, jeśli kwestia ta nie jest dostatecznie nadzorowana. W poniższym artykule opisano trzy metody unikania powstawania niebezpiecznych sytuacji w sekcji zasilania.

    Redukcja impedancji ścieżek

    Poprzez wykorzystanie do przesyłu napięcia zasilającego dedykowanych wylewek na PCB, zamiast prostych ścieżek, gradient napięcia spowodowany jego spadkiem na oporze od zasilania do obciążenia może zostać zredukowany do niewielkiej wartości, mieszczącej się w założonej tolerancji napięcia zasilania. Wykorzystanie wylewek do transmitowania napięcia zasilającego ma korzystny wpływ na precyzję kontroli tego napięcia a także poprawia ogólną efektywność zasilania, dzięki mniejszym oporom podczas przesyłu napięcia.

    Podział pojemności wyjściowej

    Dla dynamicznych obciążeń, takich jak na przykład sterowanie bramkami tranzystorów polowych, niezwykle istotnym jest rozdzielenie pojemności filtrującej zasilanie na dwoje - przy zasilaczu oraz przy obciążeniu. Pojemność wyjściowa przy zdalnym obciążeniu zachowuje się jak kondensator filtrujący, dla dynamicznego obciążenia. Zmniejsza on tętnienia zasilania oraz usuwa szum z napięcia zasilającego. Ma także istotną rolę w stabilizacji napięcia wyjściowego w zdalnym punkcie pomiarowym. To czyni monitorowanie i regulację napięcia zasilającego bardziej precyzyjną i powtarzalną.

    Kondensator odsprzęgający wysokiej częstotliwości

    Dodawanie takiego kondensatora, dedykowanego do sygnałów wysokiej częstotliwości, przy lokalnym źródle napięcia zasilającego także jest bardzo korzystne. Dzisiejsze przetwornice impulsowe bardzo często wyposażone są we wzmacniacz różnicowy w swojej strukturze, pozwalający na prostą realizację zdalnego monitorowania napięcia zasilającego. Dwa oporniki pomiarowe umieszcza się blisko odbiornika zasilania. Łączą one kontroler przetwornicy z obciążeniem poprzez różnicową parę, która podłączona jest do wzmacniacza w kontrolerze. Na poniższym schemacie zaprezentowano kontroler synchronicznej przetwornicy typu buck (w tym przypadku TPS40400 firmy Texas Instruments), który podłączony jest różnicowo do obciążenia. Podłączenie to pozwala na monitorowanie spadku napięcia na pasożytniczym oporze Rp, wynikającym z impedancji ścieżki przesyłającej prąd zasilający z sekcji zasilania do odbiornika.





    Zdalne monitorowanie napięcia zasilania


    Jeśli natomiast w układzie nie ma dedykowanego od tej aplikacji wzmacniacza różnicowego, nie oznacza to iż nie możemy zrealizować zdalnego pomiaru napięcia. W takim systemie zdalny opornik pomiarowy łączy punkt na obciażeniu z przetwornicą. Kontroler porównuje to napięcie z napięciem odniesienia i odpowiednio modyfikuje napięcie wyjściowe. Przykładem takiego układu jest, pokazany na poniższym schemacie, kontroler przetwornicy TPS62110, wyposażony w funkcjonalność zdalnego pomiaru napięcia zasilania i kompensowania go, uwzględniając spadek na impedancji Rp linii przesyłającej prąd z przetwornicy do obciążenia.

    Zdalne monitorowanie napięcia zasilania


    Jednakże, przy obciążeniu dynamicznym, jak zaprezentowano na powyższej ilustracji, zdalny pomiar napięcia mierzy nie tylko spadek napięcia na ścieżkach zasilania, ale także dynamikę zużycia prądu przez jego odbiornik w systemie, co powoduje iż układ stara się to skompensować, jako spadek na impedancji Rp. Rezultatem tego może być oscylacja niskiej częstotliwości napięcia zasilającego, wynikająca z niezerowych czasów propagacji sygnału w kontrolerze przetwornicy. Elektrycznie objawia się to jako lekki jitter w sygnale kontrolującym klucze tranzystorowe w przetwornicy. Powoduje to zwiększenie się napięcia tętnień na wyjściu z przetwornicy. Kondensator blokujący sygnał wysokiej częstotliwości - Cbypass - może bardzo łato zaradzić powstawaniu takiej sytuacji. Zadaniem tej pojemności jest odfiltrowanie spadków napięcia o wysokiej częstotliwości, wynikających z dynamiki działania odbiornika, a pozostawienie w sygnale pomiarowym informacji o wartości spadku napięcia na ścieżkach przesyłających napięcie zasilające do odbiornika.

    Powyższe rozwiązanie zostało przetestowane z zasilaczem o napięciu wyjściowym równym 7 V, zasilającym sterownik bramek tranzystorów FET z kondensatorem filtrującym o pojemności 1 µF. Przetwornicę step-down zrealizowano w oparciu o kontroler TPS62110. Dodanie kondensatora w sposób oczywisty usuwa z napięcia zasilającego tętnienia o częstotliwości 33 kHz. Obecne tętnienia (pierwszy rysunek poniżej) charakteryzowały się właśnie taką częstotliwością i amplitudą tętnień wynoszącą 20 mV, czyli aż 0,3% napięcia zasilającego. Po dodaniu kondensatora 1 µF tętnienia nie są już widoczne w napięciu zasilającym (drugi rysunek poniżej).

    Zdalne monitorowanie napięcia zasilania
    Zdalne monitorowanie napięcia zasilania


    Źródło:

    http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive...es-how-to-remote-sense-your-power-supply.aspx


    Fajne! Ranking DIY
  Szukaj w 5mln produktów